B7M28螺杆纵裂原因分析1.doc

B7M28螺杆纵裂原因分析 郑文龙 王建军 杨晓芳 上海材料研究所 2003年10月 摘 要 经过对螺杆纵向裂纹的宏观和微观观察与分析，结果表明螺杆的纵向裂纹为淬火裂纹。由于纵裂段螺杆的碳含量偏高（C=0.45%）及含氢量较高，使其对淬火裂纹敏感，同时使其淬火裂纹以沿晶方式扩展。 前言 客户在验收浙江嘉兴兄弟标准件有限公司提供的B7 1 1/8 － 7×12′（M28）产品时发现螺杆表面有纵向裂纹（图1）。客户要求供货方对螺杆表面出现裂纹的原因给予解释。 现受浙江嘉兴兄弟标准件有限公司的委托，对B7M28螺杆表面出现的纵向裂纹原因进行分析。 图1、B7M28螺杆表面出现纵向裂纹样品 （裂纹在图中螺杆的右侧中部） 开裂螺杆的宏观分析 1、开裂螺杆裂纹的宏观形貌观察 送来开裂螺杆的宏观形貌如图2所示，样品一端有一横断面，断面上覆盖黑色的氧化产物，与螺杆本身的氧化色较一致。横断面为一拉伸断口。螺杆的纵向裂纹笔直，纵向长度为38mm，并与横断面相交且露头（图3）。纵向裂纹沿螺杆的径向向内延伸，该处深度达6mm。裂纹在外径的张口为0.1mm（图4），而沿着螺杆的径向心部则较细。说明裂纹是由外向内扩展的。在螺杆横断面断口上有明显的两个区（图3），外区平坦，内区凸出不平，并有一个较为规节的圆形界限。 图2、纵向开裂螺杆的宏观形貌 图3、纵向裂纹与横向断口相交的宏观形貌 图4、纵向裂纹在外径上的张口程度 图5、B7M28横断面区图 （黄色：螺牙面，兰色：正断区，红色：剪断区） 2、开裂螺杆化学成分测定 取开裂段螺杆样品进行化学成分分析，检测的化学成分结果见表1所示。 表1、开裂螺杆段化学成分的测定结果（wt%） C Mn Si P S Cr Mo Cu Ni Al（酸溶） 标准要求 0.38 0.65 0.15 ≤ ≤ 0.80 0.15 ≤ ≤ 0.015 ～ ～ ～ 0.43 0.95 0.35 0.035 0.035 1.10 0.25 0.20 0.20 0.020 开裂 螺杆 实测 值 1 0.43 0.78 0.27 0.019 0.020 0.96 0.18 0.09 0.03 0.034 2 0.43 0.80 0.27 0.022 0.022 0.98 0.19 0.07 0.03 0.033 3 0.46 0.80 0.27 0.021 0.022 0.99 0.18 0.07 0.03 0.033 4 0.45 0.80 0.27 0.021 0.021 0.96 0.19 0.07 0.03 0.034 平均 0.45 0.80 0.27 0.021 0.022 0.98 0.19 0.07 0.03 0.033 注：第一点实测值在裂纹处，平均值为2、3、4三点的平均结果。 从开裂螺杆的化学成分测定结果表明，开裂处螺杆的含碳量高出原螺杆材料42CrMo的上限（0.43%）0.02～0.03wt%。 3、开裂螺杆硬度的测定 取螺杆开裂段样品的横截面，磨光后测定其硬度在横截面上的分布。所测硬度HRC值列于表2。 表2、螺杆开裂段的硬度测定结果 （HRc） 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 平均值 离轴心距离，mm 12 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 实测 硬度 HRc 33.6 34.1 34.3 32.9 34.9 34.9 33.1 33.1 31.5 34.7 34.7 33.2 33.6 33.7 从测定的螺杆径向硬度值结果表明开裂螺杆硬度在径向上的分布比较均匀，螺杆心部与边缘硬度差别不大（图6），其值符合ASTM193B7标准（≤HRc35），但可以认为硬度值偏上限。这表明螺杆完全淬透，硬度较高。 a： b： 图6、开裂螺杆横截面的硬度测定，a、硬度测定点分布（右上角有一径向裂纹，裂纹处硬度为HRc33.1）；b、硬度测定值沿径向的分布 4、开裂螺杆的纵向断口宏观形貌观察 取开裂螺杆纵向裂纹一段（图7a），将其打开，可以看到纵向裂纹的断口（图7b）。螺杆的纵向裂纹是沿着螺杆的径向向中心扩展，宏观裂纹笔直不分叉。 a： b： 图7、开裂螺杆纵向裂纹， a：未打开前；b：打开后的断口 打开纵向裂纹后可以看到其断口，断口较为平坦，裂纹尚未到达螺杆中心。断口已被一层较厚的氧化膜所覆盖。从宏观上可以判断为脆性断口并已高温氧化过。 开裂螺杆的微观分析 1、开裂螺杆材质的金相观察 取开裂螺杆的纵向及横向截面试样，观察其夹杂物和金相显微组织。图8为纵截面的非金属夹杂物分布。从图中可以看出开裂螺杆的非金属夹杂物较多，沿着轴向分布的硫化物较粗长，较长者的长度可达100um。 a裂纹平行面外部夹杂 b裂纹平行面内