磨輥加壓油缸耳環(huán)斷裂原因分析

王洪如，劉 康

(江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210007)

0 前言

某企業(yè)訂購(gòu)的立磨磨輥加壓液壓系統(tǒng)在安裝調(diào)試過(guò)程中其加壓油缸耳環(huán)發(fā)生斷裂。根據(jù)技術(shù)要求，該耳環(huán)的材料為42CrMo，工作環(huán)境溫度范圍為－32.3℃～37℃。為找出該加壓油缸耳環(huán)的斷裂原因，對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的理化檢驗(yàn)和分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀檢驗(yàn)

發(fā)生斷裂的加壓油缸耳環(huán)宏觀形貌如圖1 所示。可以看到，耳環(huán)斷裂成為兩個(gè)部分，兩個(gè)斷口(分別標(biāo)記為A 和B)較為平整，未發(fā)生明顯的塑性變形。

圖1 斷裂耳環(huán)宏觀形貌Fig.1 Appearance of fractured earring bar

1.2 斷口形貌分析

斷裂耳環(huán)A 處和B 處斷口的宏觀形貌分別如圖2a 和圖2b 所示。從圖中可以看出，A 處斷口表面的放射紋是由耳環(huán)的外表面向內(nèi)表面擴(kuò)展的，而B 處斷口則是由內(nèi)表面向外表面擴(kuò)展的，表明該耳環(huán)在A 處先發(fā)生斷裂。因此本文主要分析A 處斷口的產(chǎn)生原因。圖3為A 處斷口的局部放大照片，從圖中可以更清楚的看出啟裂源位于耳環(huán)的外表面，向內(nèi)表面發(fā)展，形成一次性快速失穩(wěn)斷裂。

圖4 給出了斷口啟裂區(qū)的微觀形貌照片。從低倍形貌(圖4a)可以看出，在啟裂區(qū)處的耳環(huán)外表面有明顯的機(jī)加工痕跡，容易在此處形成應(yīng)力集中效應(yīng)。而在高倍下的微觀形貌特征(圖4b)則主要為河流狀花樣，表現(xiàn)為解理斷裂為主。

圖4 斷口啟裂區(qū)的微觀形貌Fig.4 Micro-topography of fracture surface at initiation zone

1.3 化學(xué)成分分析

在該耳環(huán)斷口附近取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1，可見Mo 的含量明顯低于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果Tab.1 Chemical composition of earring bar %

1.4 金相分析

耳環(huán)的顯微組織照片如圖5 所示。可以看出，該耳環(huán)的顯微組織由沿晶界呈網(wǎng)狀分布的先共析鐵素體和珠光體組成。

圖5 耳環(huán)的顯微組織照片F(xiàn)ig.5 Picture for microscopic structure of earing bar

1.5 沖擊性能

在耳環(huán)斷口附近取樣在設(shè)計(jì)的最低工作環(huán)境溫度(－32.3℃)下進(jìn)行沖擊性能測(cè)試.結(jié)果表明，該耳環(huán)的沖擊吸收能量很低，僅有4 J。

2 綜合分析

42CrMo 鋼屬于中碳低合金高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼，在鉻鋼中加入少量的鉬，顯著提高鋼的淬透性，同時(shí)提高回火穩(wěn)定性，使鋼在調(diào)質(zhì)后具有高的綜合力學(xué)性能，適宜制造有一定強(qiáng)度和韌性要求的大中型機(jī)械零部件，如受負(fù)荷較高的連桿等［1-2］。然而，從本文的分析結(jié)果來(lái)看，斷裂耳環(huán)的化學(xué)成分中鉬含量?jī)H有0.04%，明顯低于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

42CrMo 鋼在工程中使用時(shí)通常是調(diào)質(zhì)態(tài)［3］，在淬火后選擇不同的回火工藝，使得材料具有不同的力學(xué)性能以滿足不同的使用需求。作為加壓油缸耳環(huán)，在使用過(guò)程除了受到拉壓載荷外，不可避免的要受到一些沖擊載荷，因此除了具備必需的強(qiáng)度外，還要求材料具有良好的韌性。然而，本文所觀察到的斷裂耳環(huán)的顯微組織由網(wǎng)狀分布的先共析鐵素體和珠光體組成，顯然未經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。沖擊試驗(yàn)結(jié)果證明材料的沖擊吸收能量?jī)H有4 J，顯然無(wú)法在變載荷及快加載條件下正常工作。

3 結(jié)論

加壓油缸耳環(huán)的化學(xué)成分不合格，鉬含量明顯低于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。材料未經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，組織由網(wǎng)狀分布的先共析鐵素體和珠光體組成，沖擊韌性很低是導(dǎo)致耳環(huán)脆性快速失穩(wěn)斷裂的主要原因。

［1］崔崑.鋼鐵材料及有色金屬材料［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

［2］王笑天.金屬材料學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

［3］陳俊丹，莫文林，王培，等.回火溫度對(duì)42CrMo鋼沖擊韌性的影響［J］.金屬學(xué)報(bào)，48(10):1186－1193.