B7M28螺杆纵裂原因分析1Word文档格式.docx
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纵向裂纹沿螺杆的径向向内延伸，该处深度达6mm。
裂纹在外径的张口为0.1mm（图4），而沿着螺杆的径向心部则较细。
说明裂纹是由外向内扩展的。
在螺杆横断面断口上有明显的两个区（图3），外区平坦，内区凸出不平，并有一个较为规节的圆形界限。
图2、纵向开裂螺杆的宏观形貌
图3、纵向裂纹与横向断口相交的宏观形貌
图4、纵向裂纹在外径上的张口程度
图5、B7M28横断面区图
（黄色：
螺牙面，兰色：
正断区，红色：
剪断区）
2、开裂螺杆化学成分测定
取开裂段螺杆样品进行化学成分分析，检测的化学成分结果见表1所示。
表1、开裂螺杆段化学成分的测定结果（wt%）
C
Mn
Si
P
S
Cr
Mo
Cu
Ni
Al（酸溶）
标准要求
0.38
0.65
0.15
≤
0.80
0.015
～
0.43
0.95
0.35
0.035
1.10
0.25
0.20
0.020
开裂
螺杆
实测
值
1
0.78
0.27
0.019
0.96
0.18
0.09
0.03
0.034
2
0.022
0.98
0.19
0.07
0.033
3
0.46
0.021
0.99
4
0.45
平均
注：
第一点实测值在裂纹处，平均值为2、3、4三点的平均结果。
从开裂螺杆的化学成分测定结果表明，开裂处螺杆的含碳量高出原螺杆材料42CrMo的上限（0.43%）0.02～0.03wt%。
3、开裂螺杆硬度的测定
取螺杆开裂段样品的横截面，磨光后测定其硬度在横截面上的分布。
所测硬度HRC值列于表2。
表2、螺杆开裂段的硬度测定结果（HRc）
序号
5
6
7
8
9
10
11
12
13
平均值
离轴心距离，mm
硬度
HRc
33.6
34.1
34.3
32.9
34.9
33.1
31.5
34.7
33.2
33.7
从测定的螺杆径向硬度值结果表明开裂螺杆硬度在径向上的分布比较均匀，螺杆心部与边缘硬度差别不大（图6），其值符合ASTM193B7标准（≤HRc35），但可以认为硬度值偏上限。
这表明螺杆完全淬透，硬度较高。
a：
b：
图6、开裂螺杆横截面的硬度测定，a、硬度测定点分布（右上角有一径向裂纹，裂纹处硬度为HRc33.1）；
b、硬度测定值沿径向的分布
4、开裂螺杆的纵向断口宏观形貌观察
取开裂螺杆纵向裂纹一段（图7a），将其打开，可以看到纵向裂纹的断口（图7b）。
螺杆的纵向裂纹是沿着螺杆的径向向中心扩展，宏观裂纹笔直不分叉。
图7、开裂螺杆纵向裂纹，
未打开前；
打开后的断口
打开纵向裂纹后可以看到其断口，断口较为平坦，裂纹尚未到达螺杆中心。
断口已被一层较厚的氧化膜所覆盖。
从宏观上可以判断为脆性断口并已高温氧化过。
三、开裂螺杆的微观分析
1、开裂螺杆材质的金相观察
取开裂螺杆的纵向及横向截面试样，观察其夹杂物和金相显微组织。
图8为纵截面的非金属夹杂物分布。
从图中可以看出开裂螺杆的非金属夹杂物较多，沿着轴向分布的硫化物较粗长，较长者的长度可达100um。
a裂纹平行面外部夹杂
b裂纹平行面内部夹杂
图8、开裂螺杆的非金属夹杂物
开裂螺杆材质的金相显微组织如图9所示，图9a为螺杆的外部组织，图9b为螺杆的心部组织。
局部仍有原马氏体的位相排列，但螺杆内外的组织没有明显的差别，均为淬火+回火组织。
这说明螺杆淬透性较好，且都淬透，后高温回火。
a螺杆外部组织
螺杆心部组织
图9、开裂螺杆的金相显微组织
2、螺杆纵向裂纹形貌观察
为了观察螺杆纵向裂纹头部及尾部的形态，取裂纹螺杆的横截面试样，经抛光后的形貌如图10所示。
c：
图10、螺杆纵向裂纹横截面观察到的裂纹形貌
裂纹头部；
裂纹中部；
裂纹尾部
图10a为纵向裂纹头部，而c为裂纹尾部。
头部裂纹较宽，裂纹沿晶且有小交叉。
尾部裂纹沿晶较密合。
由此可以看出，开裂从螺杆外径开始，后向心部扩展。
纵向开裂的途径从开始到心部是一样的——沿奥氏体晶界开裂并扩展。
3、纵向断口的扫描电镜观察
把带有纵向裂纹的螺杆，沿着裂纹内纵向打开，出现的断口形貌如图7b所示。
从宏观上看断口有明显不同的两部分：
靠近螺杆外部黑色部分及螺杆心部的白亮部分。
后者为敲开裂纹时形成的新断口，前者为老断口。
这两部分断口都齐平，有一明显界限（图11）。
图11、纵向裂纹打开后断口在低倍时的SEM形貌
在黑色区中，断口为沿晶型的脆性断裂，但断口中还存在直条状裂纹（图12、13）。
在新断口中也可以看到一些直条状分布物（图14）。
图12、纵向裂纹断口在SEM下的形貌
图13、断口黑色区中的纵向条状裂纹形貌
图14、新打开纵向断口中的条状物形貌。
为了判断这两种条状物是否有联系，对其条状物进行能谱分析，其能谱分析结果见图15、图16、图17所示。
图15为沿晶断口上的能谱图，主要元素为Fe、Cr、Mn、Mo等。
其余是与化学成分分析的结果相近。
对断口上的条状裂纹分析，由于断口已经氧化，所以有较高的氧，除基体金属的元素外，主要是S和Mn，所以可以判断条状物为MnS。
所以断口中的条状裂纹也是由夹杂物所引起的。
图15、纵向断口基体的能谱图
图16、纵向黑色断口的条状裂纹的能谱图
图17、新鲜断口上的条状物的能谱图
四、螺杆纵向裂纹形成原因的讨论
从螺杆纵向裂纹笔直，打开后断口齐平且被较厚的蓝黑色氧化物所覆盖，这说明螺杆的纵向裂纹应为脆性的裂纹，并在高温退火之前形成，应为淬火裂纹。
淬火裂纹指的是在钢结构件在Ac3温度以上进行固溶处理后，当快速淬火时（如水淬）到Ms点温度以下时发生马氏体相变发生的开裂。
由于马氏体在相变过程中的体积膨胀所产生巨大的相变应力，组织应力一旦该应力超过马氏体的强度时，便会发生开裂——淬火裂纹。
对于棒材而言，淬火裂纹一般是纵向的，并且由棒的外表面向中心扩展。
出现淬火裂纹通常与淬火工艺有关，如固溶温度过高，淬火时过冷度（△T）较大等有关。
在纵裂螺杆的正断口存在两个区域（图5），这次硬度的测定结果，显微组织的检查等都说明该纵裂螺杆是淬透的，不仅螺杆外部淬透，而且螺杆的心部也淬透了。
螺杆内外硬度变化不大，显微组织都是回火马氏体组织，这就进一步说明螺杆的纵向裂纹是淬火裂纹。
出现淬火裂纹的敏感性与材料的化学成分有紧密的联系，如含碳量高的比低的敏感；
合金元素高的比低的敏感。
一般低合金钢的淬火裂纹的开裂途径是穿晶解理，只有在过热状态下，或是晶粒过大时可出现沿晶开裂。
本次螺杆纵向裂纹呈断续状的，即不是从一根螺杆的头到尾贯穿整段螺杆，而是一段一段的分布。
说明整根螺杆的各段的开裂敏感性不同。
从对开裂段螺杆的化学成分分析表明，开裂段螺杆的化学成分中碳含量偏高，达0.45wt%，这显然是螺杆棒料中局部碳不均匀缘故。
因为大批的螺杆的材质的碳小于0.43%。
这也使这段螺杆对淬火裂纹敏感性高一些的原因之一。
同时，这也是个别的现象。
从纵裂断口的观察表明，裂纹是沿晶的，同时裂纹还有小的分叉，断口中还有条状裂纹，这些属于氢脆的特点，说明开裂段螺杆中含氢量较高，在相变应力共同作用下，发生脆性的晶间型淬火开裂裂纹。
五、结论
通过对纵裂螺杆的宏观和微观的观察和分析，结果及讨论，可以得出如下结论：
1、B7M28螺杆纵裂属于淬火裂纹。
2、纵裂段的螺杆的含碳量偏高（C=0.45%），及含氢量高。
使其对淬火裂纹较为敏感。
3、由于螺杆中含氢量较高，使淬火裂纹以沿晶方式扩展。
目录
摘要
一、前言
二、开裂螺杆的宏观分析
1、开裂螺杆裂纹的形貌观察
三、开裂螺杆的微观分析
四、螺杆纵向裂纹形成原因的讨论
17
五、结论
18
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