摘要：60Mn鋼環(huán)件裝配后，在靜置狀態(tài)下突然發(fā)生斷裂。采用斷口分析/化學(xué)成份分析和顯微組織檢驗等方法對斷裂件進行了分析。結(jié)果表明，環(huán)件中存在白點。該白點在裝配應(yīng)力和內(nèi)部氫壓的作用下發(fā)生滯后擴展而發(fā)生崩裂。

 

關(guān)鍵詞：環(huán)件；白點；氫致滯后擴展；斷口分析

 

60Mn鋼環(huán)件過盈裝配后，在靜置狀態(tài)下突然發(fā)生斷裂。這種環(huán)件的生產(chǎn)的工藝為：電爐冶煉－－LF精煉處理－－壓軋 －－等溫處理－－淬回火。該環(huán)件外徑為 1200mm,，內(nèi)徑為1000mm，寬為 150mm。筆者對該斷裂環(huán)件進行了失效分析。

 

 

圖1為環(huán)件斷口的宏觀形貌，該環(huán)件斷口為較平坦的正確型斷口。斷裂源區(qū)為12mm＊18mm的橢圓行平坦區(qū)域，如圖1中A區(qū)，斷裂源點離環(huán)件內(nèi)徑面大約50mm，離內(nèi)側(cè)面大約70mm。斷裂源點居于環(huán)件橫截面的中心。

 

 

掃描電鏡下觀察斷口，在圖1的A區(qū)中可以發(fā)現(xiàn)有一斷裂源，其在一平坦區(qū)域（圖2a中的M）,放大后的形貌見圖2b。區(qū)域中可以發(fā)現(xiàn)兩個球形的恰雜物（圖2b中的B 和C）。在較為平坦的M區(qū)外為準解理斷口，并含有較多的二次裂紋，見圖2c，而在圖1中的A區(qū)外則是解理斷口，如圖2d所示，在解理斷口和解理斷口間存在明顯的分界線，見圖2c。

 

 

 

在近斷口處取樣進行化學(xué)成分分析，結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）見表1。由表1可知，除了碳超過了限外，其他元素均符合技術(shù)要求。

 

斷裂環(huán)件的顯微組織為珠光體加少量鐵素體（圖3）。在環(huán)件截面上發(fā)現(xiàn)有恰雜物主要有兩類：一類為MnS另一類含鋁、硅、鈣、鎂和氧等元素，為硅酸鹽夾雜。對崩裂環(huán)件進行了酸浸低倍檢驗，其中心疏松區(qū)的疏松程度略高，縱向低倍試樣（檢驗面平行于內(nèi)側(cè)面）上存在兩條裂紋（發(fā)裂），一條為9mm，距內(nèi)徑面約31mm，另一條為10mm距內(nèi)徑面約23mm。

 

 

 

根據(jù)上述理化檢驗結(jié)果和位于環(huán)件橫截面中心的斷裂源點形貌和穿晶準確理解斷裂特征認為，該斷裂點為白點。根據(jù)文獻[1]，白點是鋼中的一種缺陷，在斷口上呈現(xiàn)處圓形或橢圓形的白色區(qū)域，是由鋼中氫含量過高引起的。而從該環(huán)件斷口上有很多的二次裂紋（圖2c）的穿晶準確理解特征來判斷，該白點的形成是氫所致。在冶煉現(xiàn)場取鋼液樣來檢驗出鋼中氫含量最高達（5－－-6）＊10^-4%。任學(xué)沖等的研究表明，當(dāng)氫含量在成分于該環(huán)件相近的車輪鋼中達3.7＊10^-4%時就會產(chǎn)生白點。在斷裂環(huán)件上取樣測得的氫含量符合標準（w_（H）≤2＊10^-4%）要求，這是由于側(cè)氫試樣在加工和放置過程中會有部分氫逃逸出去，從而試測量值偏低。分析認為，由于該環(huán)件橫截面較大，在其冷卻過程中內(nèi)部的氫沒有足夠時間向外擴散，而在其內(nèi)部逐漸聚集，若其內(nèi)部有夾雜物或其他缺陷存在即成為氫的富集的區(qū)域。氫在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力和氫壓的共同作用下發(fā)生滯后擴展，一旦達到該材料的斷裂韌度臨界值就發(fā)生瞬時斷裂。因此發(fā)生了該環(huán)件在靜置狀態(tài)下突然發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

 

 

 

60Mn鋼環(huán)件在裝配后發(fā)生崩裂是由于環(huán)件內(nèi)存在白點，而白點在裝配應(yīng)力及氫壓的作用下發(fā)生滯后擴展，當(dāng)裂紋擴展到一定尺寸時就會發(fā)生瞬時崩裂。因此，在生產(chǎn)過程中應(yīng)降低產(chǎn)品中的氫含量，減少恰雜物數(shù)量以及控制夾雜物的形態(tài)。