圓鋼拉拔斷裂原因分析

■ 韓曉乾，劉 娟，馬琳琳，王岳雷，孫秀英

φ20mm的45鋼在拉拔過程中發(fā)生斷裂現(xiàn)象，為找出該產(chǎn)品斷裂原因，現(xiàn)對(duì)斷裂試樣及原材料進(jìn)行斷口觀察、化學(xué)成分、顯微組織、非金屬夾雜物等檢驗(yàn)，尋找其斷裂原因。

1. 宏觀形貌

宏觀觀察斷裂樣品，表面有擦傷痕跡，在擦傷痕跡上分布大量橫向裂紋，形貌如圖1所示。觀察斷裂樣品斷口平齊，根據(jù)斷面紋路可判斷裂紋源位于樣品表面，指向表面的擦傷及橫裂紋處，形貌如圖2所示。

2. 化學(xué)成分分析

分別在原材料及拉拔斷裂樣品上取化學(xué)成分試樣，采用瑞士ARL直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1檢驗(yàn)結(jié)果可知，化學(xué)成分符合GB/T699—2015標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。

圖1 實(shí)物形貌

圖2 斷口形貌

3. 力學(xué)性能

在原材料上取力學(xué)性能、沖擊、布氏硬度試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。由表2檢驗(yàn)結(jié)果可知，力學(xué)性能、沖擊及布氏硬度符合GB/T699—2015標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。

4. 金相檢測(cè)

在斷裂源處取金相試樣，沿試樣縱向剖開，使用德國徠卡DMI5000M智能顯微鏡進(jìn)行顯微觀察，試樣表面橫裂紋與試樣表面呈約45°角向試樣內(nèi)部延伸，裂紋深0.55mm，長(zhǎng)0.80mm，裂紋內(nèi)及兩側(cè)未見非金屬夾雜物存在，裂紋呈穿晶開裂，形貌如圖3所示。用4%（體積分?jǐn)?shù)）的硝酸酒精溶液侵蝕后，斷裂源附近裂紋表面組織有嚴(yán)重的塑性變形，裂紋兩側(cè)無脫碳現(xiàn)象，組織形貌如圖4所示，未出現(xiàn)擦傷及表面橫裂紋部位組織未發(fā)現(xiàn)塑性變形，組織形貌如圖5所示。基體組織為鐵素體+珠光體，還有少量的魏氏組織存在，組織形貌如圖6所示。

5. 分析

化學(xué)成分、力學(xué)性能均符合GB/T699—2015產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。

顯微觀察裂紋兩側(cè)未見非金屬夾雜物及脫碳現(xiàn)象，除表面擦傷處外，其他部位表面組織未見異常，可排除原材料缺陷。樣品表面擦傷處存在有橫向裂紋，且裂紋與樣品成45°角向基體內(nèi)延伸，呈穿晶開裂。表面組織出現(xiàn)嚴(yán)重的塑性變形，嚴(yán)重增加了材料表面變形抗力。說明其在拉拔過程中出現(xiàn)嚴(yán)重問題?；w正常顯微組織為鐵素體+珠光體，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有魏氏組織的存在，魏氏組織對(duì)材料的力學(xué)性能及沖擊性能有嚴(yán)重影響，說明材料存在過高溫加熱及冷卻過快現(xiàn)象。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）檢測(cè)結(jié)果 （%）

表2 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

圖3 裂紋形貌（100×）

圖4 裂紋組織形貌（100×）

圖5 斷裂源附近正常表面組織形貌（100×）

圖6 φ32mm 原材料靠近中心組織形貌（100×）

6. 結(jié)語

圓鋼拉拔斷裂主要原因是由于試樣在拉拔時(shí)局部摩擦嚴(yán)重，使組織產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形，增加了材料表面變形抗力，降低了材料表面的塑性，進(jìn)而產(chǎn)生了裂紋，直至斷裂。顯微魏氏組織的存在對(duì)其力學(xué)性能、沖擊性能也有一定影響。