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60Mn钢环件断裂原因分析
点击次数：723 发布时间：2008/10/13 17:06:45
60Mn钢环件断裂原因分析
摘要：60Mn钢环件装配后，在静置状态下突然发生断裂。采用断口分析/化学成份分析和显微组织检验等方法对断裂件进行了分析。结果表明，环件中存在白点。该白点在装配应力和内部氢压的作用下发生滞后扩展而发生崩裂。
关键词：环件；白点；氢致滞后扩展；断口分析
60Mn钢环件过盈装配后，在静置状态下突然发生断裂。这种环件的生产的工艺为：电炉冶炼－－LF精炼处理－－压轧 －－等温处理－－淬回火。该环件外径为 1200mm,，内径为1000mm，宽为 150mm。笔者对该断裂环件进行了失效分析。
1 理化检验
1.1断口形貌
图1为环件断口的宏观形貌，该环件断口为较平坦的正确型断口。断裂源区为12mm＊18mm的椭圆行平坦区域，如图1中A区，断裂源点离环件内径面大约50mm，离内侧面大约70mm。断裂源点居于环件横截面的中心。
扫描电镜下观察断口，在图1的A区中可以发现有一断裂源，其在一平坦区域（图2a中的M）,放大后的形貌见图2b。区域中可以发现两个球形的恰杂物（图2b中的B 和C）。在较为平坦的M区外为准解理断口，并含有较多的二次裂纹，见图2c，而在图1中的A区外则是解理断口，如图2d所示，在解理断口和解理断口间存在明显的分界线，见图2c。
1.2化学成分
在近断口处取样进行化学成分分析，结果（质量分数）见表1。由表1可知，除了碳超过了限外，其他元素均符合技术要求。
1.3金相组织及低倍组织
断裂环件的显微组织为珠光体加少量铁素体（图3）。在环件截面上发现有恰杂物主要有两类：一类为MnS另一类含铝、硅、钙、镁和氧等元素，为硅酸盐夹杂。对崩裂环件进行了酸浸低倍检验，其中心疏松区的疏松程度略高，纵向低倍试样（检验面平行于内侧面）上存在两条裂纹（发裂），一条为9mm，距内径面约31mm，另一条为10mm距内径面约23mm。
2 分析于讨论
根据上述理化检验结果和位于环件横截面中心的断裂源点形貌和穿晶准确理解断裂特征认为，该断裂点为白点。根据文献[1]，白点是钢中的一种缺陷，在断口上呈现处圆形或椭圆形的白色区域，是由钢中氢含量过高引起的。而从该环件断口上有很多的二次裂纹（图2c）的穿晶准确理解特征来判断，该白点的形成是氢所致。在冶炼现场取钢液样来检验出钢中氢含量达（5－－-6）＊10-4%。任学冲等的研究表明，当氢含量在成分于该环件相近的车轮钢中达3.7＊10-4%时就会产生白点。在断裂环件上取样测得的氢含量符合标准（w（H）≤2＊10-4%）要求，这是由于侧氢试样在加工和放置过程中会有部分氢逃逸出去，从而试测量值偏低。分析认为，由于该环件横截面较大，在其冷却过程中内部的氢没有足够时间向外扩散，而在其内部逐渐聚集，若其内部有夹杂物或其他缺陷存在即成为氢的富集的区域。氢在缺陷处产生应力和氢压的共同作用下发生滞后扩展，一旦达到该材料的断裂韧度临界值就发生瞬时断裂。因此发生了该环件在静置状态下突然发生断裂的现象。
3.结论
60Mn钢环件在装配后发生崩裂是由于环件内存在白点，而白点在装配应力及氢压的作用下发生滞后扩展，当裂纹扩展到一定尺寸时就会发生瞬时崩裂。因此，在生产过程中应降低产品中的氢含量，减少恰杂物数量以及控制夹杂物的形态。
原创作者：北京普瑞赛司仪器有限公司
