圓鋼拉拔斷裂原因分析

■ 韓曉乾，劉 娟，馬琳琳，王岳雷，孫秀英

φ20mm的45鋼在拉拔過程中發生斷裂現象，為找出該產品斷裂原因，現對斷裂試樣及原材料進行斷口觀察、化學成分、顯微組織、非金屬夾雜物等檢驗，尋找其斷裂原因。

1. 宏觀形貌

宏觀觀察斷裂樣品，表面有擦傷痕跡，在擦傷痕跡上分布大量橫向裂紋，形貌如圖1所示。觀察斷裂樣品斷口平齊，根據斷面紋路可判斷裂紋源位于樣品表面，指向表面的擦傷及橫裂紋處，形貌如圖2所示。

2. 化學成分分析

分別在原材料及拉拔斷裂樣品上取化學成分試樣，采用瑞士ARL直讀光譜儀進行化學成分分析，檢測結果如表1所示。由表1檢驗結果可知，化學成分符合GB/T699—2015標準技術要求。

圖1 實物形貌

圖2 斷口形貌

3. 力學性能

在原材料上取力學性能、沖擊、布氏硬度試樣進行檢驗，結果如表2所示。由表2檢驗結果可知，力學性能、沖擊及布氏硬度符合GB/T699—2015標準技術要求。

4. 金相檢測

在斷裂源處取金相試樣，沿試樣縱向剖開，使用德國徠卡DMI5000M智能顯微鏡進行顯微觀察，試樣表面橫裂紋與試樣表面呈約45°角向試樣內部延伸，裂紋深0.55mm，長0.80mm，裂紋內及兩側未見非金屬夾雜物存在，裂紋呈穿晶開裂，形貌如圖3所示。用4%（體積分數）的硝酸酒精溶液侵蝕后，斷裂源附近裂紋表面組織有嚴重的塑性變形，裂紋兩側無脫碳現象，組織形貌如圖4所示，未出現擦傷及表面橫裂紋部位組織未發現塑性變形，組織形貌如圖5所示。基體組織為鐵素體+珠光體，還有少量的魏氏組織存在，組織形貌如圖6所示。

5. 分析

化學成分、力學性能均符合GB/T699—2015產品標準技術要求。

顯微觀察裂紋兩側未見非金屬夾雜物及脫碳現象，除表面擦傷處外，其他部位表面組織未見異常，可排除原材料缺陷。樣品表面擦傷處存在有橫向裂紋，且裂紋與樣品成45°角向基體內延伸，呈穿晶開裂。表面組織出現嚴重的塑性變形，嚴重增加了材料表面變形抗力。說明其在拉拔過程中出現嚴重問題。基體正常顯微組織為鐵素體+珠光體，檢驗發現有魏氏組織的存在，魏氏組織對材料的力學性能及沖擊性能有嚴重影響，說明材料存在過高溫加熱及冷卻過快現象。

表1 化學成分（質量分數）檢測結果 （%）

表2 力學性能檢驗結果

圖3 裂紋形貌（100×）

圖4 裂紋組織形貌（100×）

圖5 斷裂源附近正常表面組織形貌（100×）

圖6 φ32mm 原材料靠近中心組織形貌（100×）

6. 結語

圓鋼拉拔斷裂主要原因是由于試樣在拉拔時局部摩擦嚴重，使組織產生嚴重塑性變形，增加了材料表面變形抗力，降低了材料表面的塑性，進而產生了裂紋，直至斷裂。顯微魏氏組織的存在對其力學性能、沖擊性能也有一定影響。