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油田链条销轴断裂分析 张中旗, 杨 凓，党 恩，王平怀 (宝鸡市石油机械责任有限公司，宝鸡 721000) 摘 要：采用金相检验、扫描电镜、应力分析等手段对断裂的 20CrNi2Mo 油田链条销轴进行了检测分析。结果表明，由于磨削工 艺不当，销轴表面产生了淬火马氏体和回火屈氏体组织，渗层内形成沿晶裂纹，在弯扭载荷下以此为疲劳源，产生疲劳断裂。 关键词：磨削烧伤；渗碳淬火；疲劳断裂；销轴 中图分类号:TG142.4 文献标志码：A Fracture analysis of oil field chain pin ZHANG Zhong-qi , YANG Li，DANG En，WANG Ping-huai （ Baoji Oilfield Machinery Co Ltd, Baoji 721000) Abstract: Premature failure of 20CrNi2Mo oil field chain pins were made by means of SEM inspection, microstructure examination and stress analysis. The result shows that the cracks in carburized layer due to the martensitic and troostite formed in the pin surface for improper grinding, as initiation sites led pins early fatigue fracture under bend-round load. Key words: grinding burns; carburizing and quenching; fatigue fracture; pin 某公司制造的 ANSI 120 油田链条，在钻井作业中发生多起销轴断裂事故，其运行时间累积 8~150 小时， 现场记录及检查结果表明其它相关设备的工作参数及运行状况良好。该销轴用 20CrNi2Mo 钢渗碳淬火制造，制 造工艺过程为：切断（拔直料φ11.3 mm×285 mm）→平头倒角→校直（直线度＜0.08）→钻锪孔→热处理（渗 碳空冷、淬火+回火）→去氧化膜→校直（每批首件渗透探伤）→磨外圆（无心磨床φ11.1 mm）→上油入库→ 高频退火。销轴热处理后要求表面硬度 HRC58~62，心部硬度 HRC40~46，渗层深度（显微硬度法，磨外圆前） 0.70~0.85 mm，表面碳含量 0.95~1.00 %，表面组织为细小针状回火马氏体+颗粒状碳化物+少量残余奥氏体，心 部组织为低碳马氏体（或）+少量铁素体。为查找该销轴早期断裂失效的原因，笔者对其进行了试验分析。 1 检验与结果 1.1 宏观检查 观察发现，链板基本完好，销轴略有弯曲变形，表面有磨损痕迹，磨痕部位与链板及套筒接触部位相对应。 销轴圆周方向分布有多条开口细小的裂纹，裂纹间距离较小，最小约 2 mm（见图 1）。断口沿圆周约 1 mm 的 渗层区呈细瓷状、灰白色，一部分断口中部颜色光亮、终断区面积很小，有疲劳扩展台阶；另一部分断口中部 颜色灰暗、表面粗糙、终断区面积较大；疲劳源位于销轴表面或渗层底部，为弯扭疲劳断裂（见图 2）。 图 1 断裂销轴图 Fig.1 Fracture pin 图 2 断口宏观形态 Fig.2 Macroscopic appearance 图 3 销轴低倍形貌 Fig.3 Macrostructure of the pin 收稿日期: 2011-06-18 作者简介: 张中旗(1971—),男,陕西彬县人,工程师,从事金属材料检测与应用工作， HYPERLINK mailto:chinflag@163.com E-mail:chinflag@163.com。  1.2 低倍检验 销轴横向试样热镶、打磨后，经 1：1 HCl 水溶液 70~80 ℃侵蚀 20 min，用 Stemi-2000C 显微镜观察。表面 有一层厚度约 0.1 mm 的白亮层，沿圆周方向厚度不均，紧靠白亮层的组织较暗（见图 3）。 1.3 化学成分分析 在断裂销轴基体上取样进行化学成分分析，结果见表 1，可见该销轴化学成分符合《JB/T10138-1999 渗碳 轴承钢锻件》对 20CrNi2Mo 钢的成分要求。 表 1 销轴化学成分（wt%） Table 1 Chemical composition of the pin （wt%） 名 称 C Si Mn P S Cr Mo Ni 销 轴 0.18 0.20 0.55 0.011 ≤ 0.025 0.007 ≤ 0.025 0.