35CrMo軸斷裂原因分析

張琳琳，尹衍成，王 超，劉 環，趙 強

（青島特殊鋼鐵有限公司棒材研究所，山東 青島266000）

1 前 言

某用戶采購公司生產的35CrMo鋼用于加工生產成工程車用軸，其生產工藝為：圓鋼下料→熱鍛（1 050～1 150℃）→粗車→調質→精車。下游用戶將軸安裝在挖掘機上，僅1個月就發生斷裂，給生產造成較大損失。為查找35CrMo鋼軸在生產過程中發生脆斷的原因，并制定改進措施，結合圓鋼和鋼軸生產加工工藝，對發生脆斷的鋼棒連桿結構件進行了檢驗和分析。結果表明，軸表面存在缺陷，熱加工不當產生的組織異常，導致鋼軸產生脆性斷裂。

圖1 斷口兩側表面劃傷形貌

圖2 斷口宏觀形貌

2.1 低倍檢驗

在緊靠斷裂面下部切取一段試料制備成低倍試樣，酸浸后觀察，試片表層組織為淬硬層，厚度約1 mm，試樣近表層組織較致密，橫向低倍試樣中內部疏松缺陷嚴重，低倍具體形貌見圖3。

2 試驗與分析

該批鋼件力學性能結果中強度指標與技術要求相差較多，與鋼材的組織形態相關。斷裂軸試料斷口兩側表面存在嚴重劃傷形貌，劃痕密集，個別劃痕較深，并且在斷口周圍存在橫向微裂紋分布與劃痕方向一致現象，具體形貌見圖1。缺陷試料表層為較薄的淬硬層，斷口呈撕裂狀，裂紋起于表面，存在兩處裂紋源，部分區域存在脫殼現象，推測表層組織與內部組織強度差異較大，呈脆性斷裂特征，如圖2所示。

圖3 低倍酸浸組織形貌

2.2 金相組織

在斷裂軸試料的半徑1/2處制備夾雜物試樣，夾雜物多為塑性硫化物夾雜，同時存在少數氧化物夾雜，按GB/T 10561—2005評定夾雜物級別，結果見表1。

表1 非金屬夾雜物檢驗結果 級

金相試樣組織對比。原狀態表面淬火層淬火組織為混合組織，而重新淬火后試樣組織為均勻的馬氏體組織，推測軸試樣表面淬火時溫度偏低或加熱時間過短導致奧氏體化不均勻，致使淬火時形成混合組織，具體組織形貌見圖4、圖5。

原狀態內部調質組織為鐵素體、珠光體混合組織，重新調質后試樣組織為均勻的索氏體組織，推測軸試樣熱處理工藝不當，由于冷速或均勻化時間問題導致出現上述混合組織，具體情況見圖6、圖7。

2.3 硬度

在以上試樣上進行硬度對比測試，原斷裂軸試樣硬度值明顯偏低，低于委托單位提供的技術要求，檢測結果見表2。

圖4 原狀態表面淬火組織形貌（500×）

圖5 重新淬火試樣組織形貌（500×）

圖6 原狀態內部調質組織形貌（500×）

圖7 重新調質試樣組織形貌（500×）

2.4 沖擊吸收功

將制備好的試樣進行室溫（25℃）沖擊對比試驗，結果表明：原始狀態下試樣沖擊值明顯偏低，分別為 39.7、42.3、36.3 J，平均沖擊值為 39.4 J，低于GB/T 3077—2015標準規定沖擊值結果63 J。試樣經調質處理后的沖擊值顯著提高，分別為114.3、114.3、125.3 J，平均沖擊值為117.9 J。

表2 硬度檢驗結果

3 結果分析

宏觀觀察軸試樣表面存在嚴重的劃傷痕跡，并且在斷口周圍存在橫向微裂紋分布與劃痕方向一致。劃傷嚴重增加了表面產生應力集中的可能性，并導致裂紋源形成，同時斷口形貌呈撕裂狀，部分區域存在脫殼形貌特征，推測表層組織與內部組織強度差異較大，為脆性斷裂特征。

低倍觀察試片表層組織為淬硬層，近表層組織較致密，橫向低倍試樣中內部疏松缺陷嚴重，試樣內外組織差異較大，推測軸試料可能為軋材。

按照斷裂軸試料熱處理工藝，其內部組織應為回火索氏體，表層組織應為淬火組織，對比試驗觀察發現，原斷裂軸試料組織不均勻，表層組織為混合組織，內部組織為鐵素體、珠光體混合組織。推測軸試樣熱處理不當，未消除軋材原狀態組織形貌，導致軸試樣的力學性能不合。

4 結 語

通過分析，判斷軸的斷裂原因有：非鍛造產品，具有軋制各向異性，為軋材所制；熱處理工藝不當，致使軸性能指標不合；軸表面嚴重劃傷形成裂紋源，最終造成撕裂狀斷裂發生。