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瀏覽│▩:- 釋出日期│▩:2022-09-29 15:17:55【

摘 要:某礦用卡車前懸掛油缸活塞桿在服役時發生斷裂•₪☁☁╃。採用宏觀觀察▩↟、化學成分分析▩↟、力學 效能測試▩↟、斷口分析以及金相檢驗等方法對該活塞桿斷裂原因進行分析•₪☁☁╃。結果表明:該活塞桿熱處 理工藝不當導致表面形成感應淬火裂紋,在惡劣的服役環境下,活塞桿表面裂紋尖端開始形成疲勞 裂紋並向內擴充套件•₪☁☁╃。當疲勞裂紋擴充套件到一定程度時,活塞桿所受載荷超過其承載力,最終導致其瞬間 斷裂•₪☁☁╃。 

關鍵詞:活塞桿;斷裂;疲勞裂紋;感應淬火;熱處理 

中圖分類號:TH142.1                                          文獻標誌碼:B                                   文章編號:1001-4012(2022)09-0071-04


礦用卡車是礦產資源運輸的重要交通工具,其 通常在工況較差的野外服役•₪☁☁╃。前懸掛是礦用卡車的 重要組成部件,有支撐整車▩↟、緩衝▩↟、減震和受力傳遞 的作用[1]•₪☁☁╃。某重型礦用卡車在正常服役500h後發 生前懸掛油缸活塞桿斷裂事故•₪☁☁╃。該油缸活塞桿材料 為27SiMn鋼,規格為 320mm×48mm(外徑×壁 厚),主要加工工藝為:整體模鍛件鍛後正火→下料 →粗車→調質熱處理→半精車→表面感應淬火→精 車→表面鍍鉻→拋光•₪☁☁╃。 為查明該活塞桿斷裂的原因,筆者對斷裂的活 塞杆部件進行理化檢驗,對其斷裂原因進行了分析, 以防止該類事故再次發生•₪☁☁╃。 

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察

前懸掛油缸活塞桿斷口的宏觀形貌如圖1所 示,根據斷口裂紋擴充套件花樣分析[2],斷口基本呈橫 向斷裂,裂紋 的 走 向 是 由 活 塞 杆 一 側 外 表 面 向 另 一側擴充套件,裂 紋 源 區 斷 面 平 滑,呈 弧 形 擴 展,具 有 明顯的疲勞 斷 裂 特 徵,疲 勞 源 位 於 活 塞 杆 外 側 近 邊緣處•₪☁☁╃。活塞桿斷裂 面 最 外 側 約 1.6 mm 寬 度 區 域,斷口形貌 與 疲 勞 裂 紋 擴 展 平 面 的 特 徵 明 顯 不 同,並可見 明 顯 的 臺 階•₪☁☁╃。斷 口 上 疲 勞 裂 紋 擴 展 區 面積較小且 表 面 形 貌 較 為 平 坦,最 後 瞬 間 斷 裂 區 面積較大且較為粗糙,呈人字條紋,說明最後斷裂 時所受的工作應力較大[3]•₪☁☁╃。 

在斷口附近切割試樣,縱向(垂直於斷裂面)磨 拋後在體式顯微鏡下觀察,發現感應淬火層內有兩條平行於斷口的裂紋,裂紋較直,尾端尖細,長度均 約為1.6mm(見圖2)•₪☁☁╃。

1.2 化學成分分析 

利用線切割方式在斷裂油缸活塞桿上擷取試 樣,用直讀光譜儀對試樣進行化學成分分析,結果如 表1所示▩₪↟。由表1可以看出:試樣的化學成分均滿 足 GB/T3077—2015 《合金結構鋼》對 27SiMn鋼 的要求▩₪↟。 

1.3 力學效能測試 

按照 GB/T3077—2015 中 對 27SiMn鋼 的 要 求和廠方技術要求,對試樣進行拉伸和衝擊試驗,結果如表 2 所 示,由 表 2 可 知:試 樣 的 抗 拉 強 度↟·▩₪╃、 屈服強度均低於 GB/T3077—2015標準和廠方技 術要求,衝擊吸收能量 滿 足 GB/T3077—2015 的 要求▩₪↟。

1.4 硬度及硬化層深度測試 

在活塞桿的表面感應淬火區及內部裂紋擴充套件區 分別取樣進行洛氏硬度測試▩₪↟。測試結果為:活塞桿 斷口表面感應淬火區硬度為40~43HRC▩₪↟。離開表 面感應淬 火 區 硬 度 迅 速 降 低,裂 紋 擴 展 區 硬 度 為 21~25HRC,活塞桿心部硬度約為19~22 HRC▩₪↟。 根據設計 要 求,活 塞 杆 表 面 淬 硬 層 硬 度 應 不 小 於 50HRC,心部硬度應為20~25HRC▩₪↟。活塞桿表面 感應淬火區硬度及心部硬度均低於設計要求▩₪↟。

取活 塞 杆 橫 截 面 試 樣,經 磨 拋 後 根 據 GB/T 5617—2005《鋼的感應淬火或火焰淬火後有效硬化 層深度的測定》測量其淬火有效硬化層深度,硬度測 試位置間隔為0.1mm▩₪↟。GB/T5617—2005要求表面 的最低硬度為550HV,極限硬度為440HV,測試試 樣的有效硬化層深度為1.69mm,依據該前懸掛油缸 活塞桿製造工藝要求,淬硬層應達到2~3mm,測試 結果低於 GB/T5617—2005標準要求(見圖3)▩₪↟。

1.5 斷口微觀形貌分析 

在表面裂紋源區附近取斷口試樣,經汽油+丙 酮清洗後,用掃描電鏡(SEM)對斷口進行觀察,其 微觀形貌如圖4所示▩₪↟。由圖4可以看出:試樣最外 層為表面感應淬火裂紋區,該區域斷口宏觀形貌較 為平整,與疲勞裂紋擴充套件區有明顯的臺階;疲勞裂紋 擴充套件區可見明顯的疲勞輝紋,屬於準解理斷裂[4-5] ;瞬間斷裂區的微觀形貌主要是解理及準解理脆性斷 口,表明材料的脆性較大[6]▩₪↟。