扶正器本體失效分析

■ 曹銳，霍煥志

扶正器本體的使用工況為：載重31t，在溫度60℃、無酸堿腐蝕的井下做往復(fù)動(dòng)作8～10次后出現(xiàn)斷裂。毛坯為棒料調(diào)質(zhì)，材料為42CrMo，加工過程為棒料調(diào)質(zhì)、粗加工、精加工、表面磷化處理。

1.斷裂件檢驗(yàn)

接到斷裂件后，我們做了化學(xué)成分檢測(cè)（見表1）、硬度和力學(xué)性能檢測(cè)（見表2）。

由表1可見，扶正器本體化學(xué)成分符合42CrMo技術(shù)要求，合格。低倍下有少量枝晶，如圖1所示。

由表2可見，扶正器本體的力學(xué)性能符合要求值，但是硬度值偏低。

2.斷口分析

（1）宏觀斷口分析 斷口較平齊，斷裂面與拉伸方面垂直。由平齊的裂紋源區(qū)和人字形放射花紋的裂紋擴(kuò)展區(qū)（見圖2），可推斷產(chǎn)品受到垂直于軸向方向的力。

（2）金相分析 分別對(duì)1（見圖2）、2（見圖3）和3（見圖4）部位進(jìn)行金相磨樣。

從金相照片可以看到：1、2位置兩側(cè)裂紋處沒有脫碳層（見圖5），說明不是淬火前形成的裂紋；1、2位置臺(tái)階圓根部圓弧處有短而粗的裂紋（見圖6～圖7），裂紋周圍沒有脫碳層；位置3的臺(tái)階圓根部有小微裂紋（見圖8），裂紋兩側(cè)沒有脫碳層，但裂紋形態(tài)不符合淬火裂紋形態(tài)。

非金屬夾雜A類細(xì)系1.5級(jí)（見圖9）。基體組織：回火索氏體+大量的貝氏體+少量鐵素體，伴有成分偏析（見圖10～圖13）。

圖1 低倍照片

圖2

圖3

圖4

表1 扶正器本體化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 力學(xué)性能和硬度檢測(cè)

3.結(jié)語

通過對(duì)扶正器本體的材料化學(xué)成分分析、材料力學(xué)性能分析、宏觀斷口分析和金相組織等分析可得出如下結(jié)論：

（1）斷裂件材料化學(xué)成分符合42CrMo的成分規(guī)范要求。

（2）斷裂件材料縱向拉伸和沖擊性能均符合技術(shù)要求；硬度偏低，在標(biāo)準(zhǔn)的下限。

（3）斷裂件經(jīng)調(diào)質(zhì)，基體組織為回火索氏體+大量的貝氏體+少量鐵素體，伴有成分偏析，雖然力學(xué)性能符合技術(shù)要求，但是基體組織不良。

材料中存在少量非A類金屬夾雜。

（4）斷裂起源于產(chǎn)品外表面變徑臺(tái)階根部的應(yīng)力集中處。較大的彎曲應(yīng)力作用是產(chǎn)品發(fā)生斷裂的主要原因。

圖5 斷裂區(qū)（沒有脫碳層）（50×）

圖6

圖7

圖8

圖9 非金屬夾雜（100×）

圖10 基體組織（100×）

圖11 靠近內(nèi)孔處基體組織（500×）

圖12 中心部位基體組織（100×）

圖13 靠近外圓處基體組織（500×）

20150204