1、第35卷第4期 热处理技术与装备 V0135，No42014年8月 RECHULI JISHU YU ZHUANGBEI Aug，2014锤头断裂失效分析曾会书(广东省韶铸集团有限公司，广东韶关512031)失效分析摘要：某公司生产的45钢锤头在使用过程中产生严重裂纹和断裂失效。采用光谱分析、断口分析和金相检验等方法对断裂锤头进行了分析。结果表明：该锤头未按设计要求进行有效的热处理，造成锤头各处硬度不均、局部出现硬脆薄层和明显应力集中，是该锤头发生裂纹和断裂失效的主要原因；锤头的显微组织中存在网状和针片状铁素体等不良组织，加速了该锤头的断裂失效。关键词：45钢；锤头；疲劳断裂；网状铁素体中图分
2、类号：TG3161+93文献标志码：A 文章编号：1673-4971(2014)04-0043-04Fracture Failure Analysis on HammerheadZENG Huishu(Guangdong Shaoguan Foundry and Forging Group Co，Ltd，Shaognan Guangdong 512031，China)Abstract：45 steel hammer head had serious cracks and fracture failure in the progress of usingFracturehammer head w
3、as analyzed by spectrum analysis，fracture analysis and metallographic examinationTheresults showed that the hammer head did not effectively heat treated according to the design requirements，resulting in uneven hardness，local brittle thin layer and significant stress concentration，which were themain
4、reason for the crack and fracture failure of the hammer headThe mesh and acieular ferrite and othermicrostructure exist in hammer head，accelerating fracture failure of the hammerheadKey words：45 steel；hammerhead；fatigue fracture；network ferrite45钢锤头是5 t自由锻电液锤的关键部件，尺寸约为2600 mm500 mm500 mm，重5 t多，其生产工艺
5、为：锻造_+粗加工_+调质_精加工_表面淬火。要求调质后硬度达到227285 HB，导轨面及其两侧表面淬火后硬度达到3842 HRC。某公司生产的45钢锤头，因在使用过程中产生严重裂纹而停用，将有裂纹部分切除、重新加工后再次投入使用，使用一个多月后从锤头中部断为两截。如图l、图2所示。1断口分析图2中A、B处(导轨面的斜面)为裂纹源区，紧接裂纹源区可见明显贝壳条纹，是疲劳断口的扩展区，在瞬断区可见放射状花样，为脆性断裂特征1|。疲劳区与瞬断区的比例悬殊，疲劳区的面积不到瞬断区的180，说明该锤头材质较脆且锤头受到的应力很大21。整个断El较为整齐，未见明显宏观塑性变形，属于局部疲劳断裂引起的脆
6、性断I=I。2理化检验21化学成分分析在图2中A、c两处分别取样进行光谱分析，化学成分均符合标准要求，见表1。收稿日期：2014-03-05作者简介：曾会书(1971一)，男，工程师，主要从事金相分析、失效分析和热处理工艺研究。联系电话：13826337295；Email：zhs2141421163COl万方数据热处理技术与装备 第35卷图1断口宏观形貌Fig1 Macro morphologie8 of fracture图2断口局部放大Fig2 Local magnification in fracture表1锤头化学成分(质量分数，)Table 1 Chemical composition
7、 of the hammer head(，)22低倍检验取14断口进行低倍检验，检验结果为一般疏松10级，未见其他明显宏观缺陷，见图3。图3 低倍组织Fig3 Microstmcture of low magnification23高倍检验在图2中A、B、C三处取样分别进行高倍检验和硬度检测，结果见表2。在A处(裂纹源处)发现有局部硬化，深度为03 mm，如图4所示。在紧挨硬化层下的D处同时进行了检验，结果列于表2，夹杂物及组织图片如图5图12所示。硬化图4裂纹源处发现局部硬化Fig4 Local hardening at crack 80RICe表2高倍组织和硬度检验结果Table 2 Th
8、e testing results of microstructure and hardness万方数据第4期 曾会书：锤头断裂失效分析 45lI一冉图5断口C处非金属夹杂物Fig5 Nonmetallic inclusions at part C of the fracture广-1100 p,m图6断口D处非金属夹杂物Fig6 Nonmetallic inclusions at part D of the fracture图7 A处硬化区域形貌Fig7 Morphology of hardening mSion at part A3断裂原因分析综合以上分析可知：1)化学成分符合标准要求，非
9、金属夹杂物较少，未见明显宏观缺陷；2)硫化物类夹杂物未见明显拉延变形和沿锻造变形方向分布，可以推断该锤头锻造比不大；图8 B处近表面组织形貌Fig8 Morphology neal“the surface at part B图9 A处显微组织Fig9 Microstructure at part A图10 B处显微组织Fig10 Microatructure at part B3)在断口A、B、C、D四处分别进行了高倍检验和硬度检测，其中A、B两处在导轨面斜面的表面，D处在A处硬化层下，c处在侧面，A、B、D三处相隔很近。但由表2可见，四处的显微组织和硬度却各不相同，且硬度均不符合技术要求，说
10、明该锤头未按设计要求进行有效的整体调质和表面淬火处理。万方数据46 热处理技术与装备 第35卷图11 C处显微组织Fig1 1 Microstructure at part C图12 D处显微组织Fig12 Microstructure at part D断口A处发现局部硬化层，深度为03 mm，硬度达3l34 HRC，而其周围的硬度为817 HRC，说明A处被局部淬回火，导致该区域出现一薄层硬脆层，且造成明显应力集中。当锤头受到往复冲击力时，该区域硬脆层首先产生开裂，成为疲劳断裂的裂纹源。该锤头显微组织中存在网状和针片状铁素体，破坏了组织的连续性，使基体强度明显降低，塑、韧性下降H J，因此
11、在疲劳裂纹还未扩展到截面面积的180时，在锤头冲击力作用下即发生了脆性断裂。4结论该锤头未按设计要求进行有效的整体调质和表面淬火处理，而是在局部进行快速的淬回火，造成各处硬度不均、局部出现硬脆薄层和明显应力集中，是该锤头在使用过程中产生裂纹以致断裂的主要原因。组织中存在网状和针片状铁素体，降低了基体强度和塑、韧性，加速了该锤头的断裂失效。参 考 文 献1钟群鹏，赵子华断口学M北京：高等教育出版社，2006：1852催约贤，王长利金属断口分析M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998：863GBT 699-1999优质碳素结构钢s4周海波，朱晓勇，郑玉春，等45钢螺栓断裂失效分析J金属热处理，20
12、09，34(12)：107109Ppeo、气气气、气qCpo乍、5乍Vy?吧pe守Cpep0P芒5乍、，乍poPC亍、!oi、乍，百，乍Yyi吧矿o矿C矿芒P芒、，、yr、=、yr、：ro，rro=r小资料Crl2MoV钢Crl2MoV钢是在优质Crl2钢基础上研制的。主要加入Mo、V起细化晶粒和共晶碳化物作用，能提高强韧性，耐磨性与淬透性。少量Mo、V固溶于奥氏体中，进一步提高淬透性，也能强化基体和改善回火稳定性。淬火后残余奥氏体较多，减少了淬火变形。回火时，有二次硬化现象。Mo元素还改善钢的回火脆性。降低c元素含量，有利于改善碳化物的严重偏析，降低钢脆性。另外Si元素还改善碳化物分布与形态
13、。主要化学成分：145170C；O40Si；040Mn；11001250Cr；015一030V；040O60Mo；O030P；O030S。相变点：Acl810、A。，1200、Ad760、M。185、Acl810，A。=1200。常用热处理工艺：等温球化退火：850870 oC，保温12 h，720750等温，炉冷至550以下出炉空冷。硬度207255 HBS。低于A。760以下时，获得粒状珠光体+共晶碳化物。去应力退火：850870，保温12 h，炉冷至500以下出炉空冷，硬度207255 HBS；760790，保温24 h，炉冷，硬度207255 HBS，A，以下能消除残余应力、消除加工硬
14、化。淬火：预热800850，9801050保温，油冷至150出油，立即回火，硬度6365 HRC，适当调整加热温度，保温时间和淬火介质，可得到6065 HRC之间硬度；回火：500520，保温2 h，空冷。三次回火，硬度6062 HRC，或170190，保温2 h，炉冷。二次回火，6163 HRC，或200275，保温2 h，空冷。二次回火，5658 HRC，或一420，保温2 h，空冷。二次回火，5557 HRC。固体渗硼：900950，保温4 h，油冷，渗硼剂：85SiC+10Bc+5KBF4。渗层O05 mlTl以上，硬度16891789 HV。，表面形成高硬度的硼化物层而心部为淬火组织。液体渗铬：950，保温4 h，油冷。渗剂：15cr20，+125稀土硅镁+725硼砂，硬度1532 HV，渗层厚度：0007 mIn。提高表面硬度、耐磨性与耐蚀性。万方数据锤头断裂失效分析作者： 曾会书， ZENG Hui-shu作者单位： 广东省韶铸集团有限公司,广东韶关,512031刊名： 热处理技术与装备英文刊名： Heat Treatment Technology and Equipment年，卷(期)： 2014,35(4)本文链接：http:/
