摘 要:采用宏觀觀察、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡分析、硬度測試等方法對某襯筒零件斷裂原因進(jìn)行 分析。結(jié)果表明:襯筒端頭經(jīng)過局部淬火處理后,其顯微組織變?yōu)楫惓４执蟮鸟R氏體,硬度增大且 脆性增加;在使用過程中襯筒受到摩擦和擠壓的作用,當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時,襯筒發(fā)生脆性斷裂。

關(guān)鍵詞:襯筒;馬氏體;硬度測試;脆性斷裂

中圖分類號:TB31;TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2023)02-0051-03

某襯筒零件材料為退火態(tài),其熱處理工藝為高 頻淬火+回火,襯筒的淬火區(qū)域?yàn)榈菇嵌祟^處下沿 20~25mm,硬度要求為60~63.3HRC,淬火區(qū)馬 氏體等級按照相關(guān)文件要求應(yīng)不大于7級。筆者采 用一系列理化檢驗(yàn)方法對該襯筒零件的斷裂原因進(jìn) 行分析,以避免該類事故再次發(fā)生。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

襯筒的斷裂區(qū)為端頭倒角區(qū),整個襯筒外表面 緊靠倒角區(qū)一周可見約5mm 寬的磨損痕跡,襯筒 整體宏觀形貌如圖1所示。襯筒的斷面粗糙,斷口 約占整個圓周的42%,其余部分為零件原始表面 (見圖2)。

1.2 化學(xué)成分分析

對襯筒材料進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所 示,由表1可知:襯筒材料滿足 GB/T1298—2008 《碳素工具鋼》對T10A鋼的要求。

1.3 掃描電鏡分析

用掃描電子顯微鏡(SEM)對襯筒的斷口進(jìn)行 分析,可見斷口為典型的沿晶特征(見圖3)。在軸 向距斷口約10mm處取樣,發(fā)現(xiàn)斷口形貌與原始斷 口形貌一致,呈沿晶特征(見圖4)。在襯筒尾端取 樣,斷口呈解理+韌窩形貌(見圖5)。

1.4 金相檢驗(yàn)

垂直于斷口切取金相試樣,截面經(jīng)磨拋、腐蝕 后,在光學(xué)顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)其顯微組織為較粗大的馬氏體,按相關(guān)工藝文件進(jìn)行評定,針狀馬氏體評 級為10級(見圖6)。

1.5 顯微硬度測試

襯筒端頭斷口附近的硬度為60.0~61.0HRC, 符合相關(guān)技術(shù)要求。

從斷口一側(cè)向內(nèi)依次進(jìn)行顯微硬度測試,根據(jù) GB/T1172—1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》, 結(jié)合顯微硬度測試結(jié)果繪制淬火區(qū)硬度-距離曲線 (見圖7),可知淬火區(qū)深度約為21.2mm。

1.6 不同熱處理參數(shù)對襯筒材料性能的影響規(guī)律

為了評估該零件在目前型號飛機(jī)上的穩(wěn)定性及 可靠性,掌握該材料熱處理后的各項(xiàng)性能,對襯筒材 料開展熱處理工藝試驗(yàn)。分析不同熱處理工藝參數(shù) 對襯筒材料馬氏體等級、力學(xué)性能、沖擊性能等的影 響規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

2 綜合分析

襯筒斷裂區(qū)為端頭倒角區(qū),整個襯筒外表面緊 靠倒角區(qū)一周存在寬約5mm 的嚴(yán)重磨損區(qū),說明 襯筒端頭受到與其配合部件的摩擦作用。斷面粗 糙,可見反光小刻面,說明彈艙門作動襯筒為脆性 斷裂。

斷口分析結(jié)果表明:襯筒斷口為典型的沿晶特 征,軸向距斷口約10mm處的斷口與原始斷口形貌 一致,呈沿晶特征;在襯筒尾端取樣的斷口呈解理+ 韌窩形貌,說明在淬火區(qū)域的材料脆性較大,韌性較 低,斷裂表現(xiàn)為脆斷特征[1]。

金相檢驗(yàn)結(jié)果表明:材料的顯微組織為較粗大 的馬氏體,針狀馬氏體評級為10級,不符合該襯筒 零件熱處理的要求(熱處理后馬氏體組織按上述工 藝文件評定,不應(yīng)超過7級)。

通過對不同熱處理工藝參數(shù)下襯筒材料的馬氏 體等級、力學(xué)性能、沖擊性能進(jìn)行試驗(yàn),可知隨著淬 火溫度的升高,馬氏體等級隨之上升,硬度也隨之增 加,更為粗大的馬氏體組織造成材料脆性增加,材料 幾乎沒有發(fā)生塑性變形,沒有經(jīng)歷明顯屈服階段,抗 拉強(qiáng)度實(shí)測值隨之降低,材料在更早的階段發(fā)生斷 裂。在沖擊載荷作用下,沖擊吸收能量的實(shí)測值隨之降低,即材料的抗沖擊性能下降,而壓縮屈服強(qiáng)度 的實(shí)測值隨之升高。

硬度測試結(jié)果表明:襯筒端頭斷口附近的硬度 為60.0~61.0HRC,結(jié)合顯微硬度測試結(jié)果繪制淬 火區(qū)深度曲線,淬火區(qū)深度約為21.2mm?？拷?頭的顯 微 硬 度 比 遠(yuǎn) 離 端 頭 的 顯 微 硬 度 高,根 據(jù) GB/T1172—1999標(biāo)準(zhǔn)換算可知,淬火區(qū)部分硬度 偏高。

綜上所述,襯筒端頭經(jīng)過局部淬火處理后,由于 溫度較高,奧氏體晶粒粗化,并且材料含碳量較 高,過熱奧氏體中含有大量的碳,淬火后得到含有 顯微裂紋的粗片狀馬氏體,使鋼的脆性增大[2],在 使用中受到與其匹配零部件的摩擦、擠壓作用,當(dāng)擠 壓作用力達(dá)到一定程度時,襯筒發(fā)生脆性斷裂。

3 結(jié)語

通過以上分析,可確認(rèn)該襯筒發(fā)生脆性斷裂。 斷裂的原因是:當(dāng)零件加熱溫度超過組織轉(zhuǎn)變最大 限制溫度時,淬火溫度過高,消除了奧氏體中的低碳 區(qū),使奧氏體的化學(xué)成分基本均勻,晶體缺陷顯著減 少,這就為馬氏體組織的定向形核和長大清除了障 礙,進(jìn)而形成粗大馬氏體組織,隨著淬火溫度的升 高,馬氏體等級隨之上升,硬度也隨之增加。即淬火 溫度過高導(dǎo)致馬氏體等級超標(biāo),硬度提高,鋼的脆性 增大。

參考文獻(xiàn):

[1] 張棟.失效分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.

[2] 孫相禹.T10鋼卡瓦淬火裂紋的分析[J].黑龍江科技 信息,2007(4):16.

<文章來源 >材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊 > 59卷 > 2期 (pp:51-53)>