(2.74)--材控金属构件失效分析.ppt

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1、失效分析案例零件背景：某外径为450mm,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(10501150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。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3mm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60HRC,符合标准要求;明显脱碳软化现象。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

2、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20min取出燥,扫描电镜观察该断形貌。断口宏观形貌：断口宏观形貌：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15mm,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。断口宏观形貌：断口宏观形貌：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,

3、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。断口宏观形貌：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/Tl25

4、6200l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。断口显微组织：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。断口显微组织：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

5、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:结果分析：(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。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800850C,采分散锻件和加强通风等段加快冷却速率。ThankYou！