30Cr13不銹鋼彈性圓柱銷裝配開裂分析

■ 許永春，李曉峰，徐儉，郝琦崢，董新燕，楊冬梅

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30Cr13（3Cr13）是一種馬氏體不銹鋼，具有較高的強度、硬度和較好的淬透性，適用于制造高強度、承受高應力載荷，并在一定腐蝕介質下工作，同時兼有耐磨性能的緊固件。

某公司生產的標準GB879.1，規格4×14，材質30Cr13，彈性圓柱銷在安裝時開裂，且開裂比例較大，為批次性問題。本文通過分析找出開裂的根本原因。具體開裂位置如圖1所示。

圖1 失效件

由圖1可以看出：裂紋從圓柱銷端部產生，沿縱向開裂，甚至出現掉塊，裂紋深度約占總長的3/4。

1.化學成分

對失效件進行化學成分分析，結果如表1所示。

由表1可知，該失效件化學成分滿足材料標準要求，碳含量在中上限。

2.斷口分析

對斷裂件進行宏觀和微觀斷口分析，具體斷口形貌如圖2所示。

表1 化學成分 （質量分數） （%）

圖2 失效件斷口形貌

由圖2可知，失效件縱向和橫向宏觀斷口形貌相似,均呈顆粒狀、小刻面金屬光澤，斷口平齊，斷面潔凈，未見明顯宏觀塑性變形；縱向和橫向微觀斷口均呈冰糖狀沿晶特征，個別件存在二次裂紋。

3.性能驗證

取失效件與同批次未用產品做硬度試驗，結果如表2所示。

從表2硬度數據可以看出：失效件與未用件硬度值均滿足標準要求，失效件硬度值略高，未用件最大值與最小值相差11HV，兩者硬度值均接近標準值上限。

4.顯微組織分析

對失效件及同批次未用件進行顯微組織分析，結果如圖3所示。

從圖3失效件與同批次未用件顯微組織對比分析可知：失效件和同批次未用件顯微組織均為粗大的回火束狀馬氏體結構，晶粒度約為4級，未發現過熱、過燒現象。

5.斷口對比分析

對同批次未用件放置臺虎鉗上，預制人工斷口，具體分析結果如圖4所示。

從圖4中可以看出：同批次未使用產品橫向和縱向斷口未見宏觀塑性變形，斷口呈冰糖狀，宏觀斷口與失效件相似；微觀斷口主要為沿晶特征，局部有少許韌窩。

6.分析與討論

對安裝開裂的圓柱銷進行斷口分析，斷口為脆性沿晶特征，同批次未用件人工斷口也為脆性沿晶特征，但局部有少許韌窩；失效件和同批次未用件硬度值滿足標準要求，但接近標準值上限；顯微組織為粗大的回火馬氏體組織，晶粒較大。

表2 硬度試驗 （HV30）

圖3 顯微組織

圖4 人工斷口

材料成分碳含量靠近上限值，增加了其淬透性；顯微組織較為粗大，硬度值接近標準值上限，產品脆性顯著增加，塑性較低。在裝配時因圓柱銷端面需引導插入安裝孔中，變形量較大，導致沿晶脆性開裂。

7.結論及建議

該批次圓柱銷產品硬度值接近標準值上限且顯微組織為粗大的回火馬氏體組織，導致脆性較大，塑性較差。在裝配時，裂紋從圓柱銷端部萌生，并迅速擴展直至開裂。

通過上述分析，建議采取以下措施，防止問題再次發生：

（1）合理控制材料晶粒，使之不過大，降低脆性風險。

（2）優化熱處理制度，適當提高回火溫度，控制硬度值在合理范圍內。