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失效分析案例

佳木斯大学失效分析案例姓名:孙国强学号:12010140323专业:金属材料工程班级:一班失效分析案例0 零件背景:某?外径为 ?450 mm, 壁厚为 50mm 的GCrl5SiMn 钢轴承圈 ,在最终热处理后进?磨削加?时,批量产?沿径向由外表?迅速向内表?扩展的开裂,造成很大的经济损失。其?产?艺为轧制(1050~1150℃锻造) 球化退火→机械加?→淬?(840 ℃)?回?(170℃)→磨削等?序。 化学成分分析取一部分试样碎末,利用化学元素分析仪分析零件成分。从上表看出,零件的化学成分符合标准要求。1.2 硬度分析在?相抛光?上,从裂纹源处开始沿轴向至壁厚中部每隔 3 mm 检测其硬度。表 2 显?,裂纹边缘硬度与内部硬度基本?致,硬度均大于 60 HRC,符合标准要求;?明显脱碳软化现象。1.3 断口宏观形貌 采?机械加压?法使套圈沿裂纹断开,?先对断?形貌??眼观察。 ?线切割从试样断?处切取?块含有裂纹源区?裂纹扩展区?压断区的断?试样。 ?酒精清洗后在丙酮中?超声波清洗 20 min 取出?燥,?扫描电镜观察该断?形貌通过?眼观察发现,裂纹源位于轴承套圈外表?沟槽尖?处。试样两断?均为裂纹扩展形成,裂纹长?平直,由轴承套圈外表?沿径向向内表?扩展,初始裂纹最深处约为 15 mm,裂纹总长约 60mm。初始裂纹有褐?氧化条纹,继续向?扩展为灰?,裂纹表?光滑细腻呈瓷状,属典型的脆性断?特征。新断?呈银灰?,断?组织细密有金属光泽,说明晶粒很细?。由图 2a 可见,断?平齐呈放射状特征,没有明显的塑性变形迹象,断?结构呈细瓷状,边缘?明显剪切唇,也?纤维状。 由图 2b 可见,断?形貌为韧窝?解理断口,呈混合断?特征。 大部分属于沿晶脆性开裂,沿晶分离?平滑,无微观塑性变形特征,晶粒均匀细?,无过热特征。 但发现有很长很深的?条穿晶带(如箭头所?),认为应该存在某种链条状脆性组织缺陷。由图 3 可见,新压断?处形貌与起裂处大体相同 ,断?形貌仍为韧窝?解理断? ,混合断?特征不变。 说明裂纹处与新压断?处的组织相同。 另外均未发现有明显的非?属夹杂物和?孔等缺陷。断口显微组织 在垂直于裂纹源断??向的侧?作为?相试样端? , 经机械磨抛后? 4% 硝酸酒精溶液浸蚀 , 然后?光学显微镜观察其显微组织 。 由图 4a 可见,断?处组织为细回?隐针马氏体?细?碳化物颗粒,未发现有过热的粗针马?体,但发现有半封闭粗大?状分布的碳化物 (图中?亮?状组织〉 存在。按照JB/T l256?200l《?碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》规定,其?状碳化物为 3 级以上,超过标准要求的 2.5级。 回?组织符合标准要求,为?级回?组织。图 4b 为另?处的显微组织 ,可见组织中有较严重的碳化物(白亮组织)偏析。粗大?状碳化物和严重的碳化物偏析,对基体组织有很大的割裂作? ,将大大增加组织脆性 ,因?淬?时在热应?和相变应?的作?下极易开裂。 因此,?状碳化物存在和碳化物偏析是引起轴承套圈开裂的主要原因。结果分析 由以上检测分析结果可见,GCrl5SiMn 钢轴承套圈的化学成分符合要求,硬度检测合格,尤其裂纹附近未出现脱碳软化现象,说明裂纹不是在淬?前形成的。 由断? SEM 形貌可见,晶粒细?均匀,未发现有明显的??属夹杂物和?孔等缺陷。碳化物颗粒和细隐针马?体都很细?,组织合格?过热。以上表明产品的球化退?和最终热处理?艺正确。但从裂纹处 SEM 形貌中穿晶带的存在,到显微组织中半封闭粗大?状碳化物的出现以及碳化物组织的严重偏析,都说明引起套圈开裂的主要原因是:(1) 钢材在轧制过程中,由于锻造?不够,造成碳化物组织的严重偏析。(2) 始终锻温度偏?,尤其终锻温度偏?,在缓慢冷却过程中,沿晶界析出了粗大的半封闭 ?状分布 的碳化物。 因?使材料的脆性显著增大,以?在淬?过程中致使材料开裂,导致产品在磨削中受外?作?使裂纹扩展?失效。3 结论 (1) 轴承套圈的回?组织中存在半封闭?状分布碳化物并伴有碳化物偏析,不符合标准要求,是轴承套圈开裂失效的主要原因。(2) 轴承套圈在轧制过程中,由于锻造?不够,存在碳化物组织 的严重偏析;终锻温度偏?,冷却缓慢,造成碳化物沿晶界析出了呈粗?半封闭?状分布,使材料的脆性显著增大,致使材料在相变过程中产?裂纹,导致断裂。(3) 建议对 GCrl5SiMn 钢轴承套圈增加锻造?;同时严格控制终锻温度在 800~850 °C ,采?分散锻件和加强通风等?段加快冷却速率。

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