0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不銹鋼波形彈性墊圈斷裂分析

郭先闖，李曉峰，陳小平

河南航天精工制造有限公司 河南信陽 464000

1 序言

0Cr12Mn5Ni4Mo3Al是我國開發的一種新型半奧氏體型和節鎳控制相變沉淀硬化不銹鋼，該牌號在固溶狀態下組織為奧氏體，具有良好的韌性及加工成形性能，經過適當冷變形、冷處理以及時效后，組織轉變為馬氏體+沉淀強化相，可獲得很高的強度。該牌號由于其具有高強度、優良的耐蝕性，在航空、航天等行業得到了廣泛應用，被用于生產各類緊固件[1]。

本文針對某批材料為0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不銹鋼、內孔直徑為3mm的波形彈性墊圈，在裝配后發現多件存在斷裂現象，因此對斷裂件進行斷口、力學性能和顯微組織分析，并與完好件人工斷口比對分析等，查找斷裂原因。

2 分析過程及結果

2.1 斷口分析

對斷裂件進行宏觀和微觀斷口分析，斷口形貌如圖1所示。

圖1 斷口形貌

圖1顯示了波形墊圈的斷裂特征。斷裂部位在墊圈中部，呈對半斷裂特征，斷口邊緣擦傷較為嚴重。裂紋源區位于墊圈表層，斷面較為粗糙，呈纖維狀特征。裂紋源區呈黑色疏松狀，能譜分析氧元素含量較高，擴展區與瞬斷區主要以韌窩為主。

對該批未斷裂件墊圈進行人工打斷，觀察其斷口形貌，如圖2所示。斷口均為韌窩特征，韌窩呈拉長形貌，表層無黑色疏松層。

圖2 人工打斷斷口形貌

2.2 力學性能驗證

對斷裂件及完好件進行硬度檢測，結果見表1。斷裂件與完好件硬度值較為接近，僅相差9HV。

表1 維氏硬度試驗結果 （HV）

對同批次完好件，依據墊圈技術條件要求進行彈性試驗，結果見表2。由表2可見，試驗結果均符合技術條件要求。

表2 彈性試驗結果

2.3 金相檢查

對斷裂件及完好件進行金相檢驗，具體結果如圖3所示。

圖3 顯微組織對比

由圖3可知，斷裂件與完好件組織相同，均為馬氏體+殘留奧氏體+沉淀相，未發現過熱、過燒等冶金缺陷。

2.4 完好件外觀觀察

對同批次剩余完好件進行外觀觀察，24件中發現1件在變形波峰處存在微觀裂紋，說明該批墊圈表面存在原始裂紋，具體裂紋形貌如圖4所示。

圖4 完好墊圈裂紋形貌（45×）

3 分析與討論

通過對斷裂件斷口分析，斷口主要呈韌窩形貌，裂紋源位于表層，裂紋向內部延伸；顯微組織為馬氏體+殘留奧氏體+沉淀相，未發現過熱、過燒現象；通過觀察同批完好件外觀形貌，發現24件中有1件存在裂紋，且裂紋延伸方向垂直于墊圈內外圓。

波形彈性墊圈加工工藝流程為備料（冷軋態）→沖裁成形→熱處理→堿煮→滾光→表面處理→包裝，由于該墊圈原材料為冷軋態，0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不銹鋼冷作硬化傾向大，在沖裁成形過程中，個別件在最大變形處（波峰或波谷）產生表面微裂紋，在熱處理過程中微裂紋表面被氧化。在裝配過程中裂紋受拉伸作用力而擴展，裝配后受持久作用力，裂紋進一步擴展直至斷裂。

4 結論及建議

該批波形彈性墊圈，在安裝后檢查中發現斷裂：

1）斷裂形式為韌性過載斷裂。

2）由于原材料為冷軋態，強度較高，墊圈在沖裁成形時，在變形最大處（波峰或波谷）形成裂紋。

3）建議適當降低原材料強度，并優化墊圈沖裁工藝，合理設置彎折參數。