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30钢螺头开裂原因分析
1 概况
螺头材料为30钢,生产工艺:棒料——下料——热锻造——机加(外形、内孔)——冷挤压外螺纹——电镀锡——冷挤压铜管成型,在成型后发现有0.01%螺头端部出现纵向裂纹,为分析裂纹产生原因,客户委托对螺头裂纹进行断口及金相分析,分析结果如下:
2 宏观观察
对螺头进行宏观观察,裂纹产生于螺纹外侧,成纵向分布,见图1,从螺头端部螺纹外圆测量裂纹深约:3mm,见图2。
图1 螺头端面图
图2 螺头纵截面图
3 断口微观形貌观察及微区成分分析
对样品用超声波酒精溶液清洗后,利用扫描电子显微镜对断口进行微观形貌观察及微区成分分析,发现裂纹起始于螺纹外侧,从外向内延伸扩展,外侧的原始裂纹断口表面覆盖有氧化产物,无法看到断口原始断裂形貌,见图3~4,裂纹扩展区断口形貌为扁平韧窝,并且韧窝内分布有大量夹杂物,见图5,人工折断断口形貌为韧窝,见图 6,对断口锈蚀区域进行成分分析,含有C、O、Si、Mn、Fe元素,对条状和球状夹杂物进行成分分析,条状夹杂含有C、O、Si、P、S、Mn、Fe元素,球状夹杂含有C、O、Si、P、S、Cr、Mn、Fe元素。
图3 样品断口形貌
图4 裂纹源断口形貌(局部放大)
图5 裂纹扩展区断口形貌
图6 人工折断区断口形貌
4 金相微观观察
对样品沿垂直于裂纹横截面进行金相磨制,在光学金相显微镜下观察,发现裂纹口部较宽,从外侧向内延伸,见图7~8,口部区域裂纹内有灰色氧化产物,裂纹两侧及裂纹尾部分布有大量的夹杂物,见图9~10,样品经3%硝酸酒精溶液浸蚀后,观察微观组织为铁素体+珠光体,裂纹口部组织有变形,见图11~12;对样品沿纵向磨制后,发现有一基本贯穿样品的夹杂物带,见图13。
图7 样品裂纹口部形貌
图8 样品裂纹尾部形貌
图9 图7的局部放大
图10 图8的局部放大
图11 样品裂纹口部组织形貌
图12 样品裂纹尾部组织形貌
图13 样品局部夹杂物带
5 分析
5.1通过对螺头裂纹进行微观观察,裂纹口部内侧有灰色氧化产物,氧化产物成分含有:C、O、Si、Mn、Fe元素,是基材金属高温下氧化形成的产物,裂纹两侧及裂纹尾部分布有大量球状及条状夹杂物,说明在锻造时首先沿夹杂物带产生裂纹,口部裂纹内的氧化产物是在锻造余热产生的,在随后冷挤压螺纹时,裂纹沿夹杂物带继续向内延伸开裂。
5.2通过对螺头裂纹处断口进行微观形貌观察和微区成分分析,原始裂纹断口表面有大量的氧化产物覆盖,裂纹扩展区断裂形貌为扁平韧窝,韧窝内含有大量的球状和条状夹杂物,说明裂纹是沿着夹杂物形成的。
6 小结
通过对螺头进行裂纹微观、基材夹杂物、组织、裂纹处断口分析,认为螺头裂纹是由于原材料存在较多的夹杂物,在后续的加工过程中沿夹杂物带形成裂纹。