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30Cr13不锈钢弹性圆柱销装配开裂分析

编辑:扬州中悦机械有限公司时间:2020-08-25

某30Cr13直槽重型弹性圆柱销在装配时,发生开裂且比例较大。通过对失效件进行断口分析、性能试验、显微组织分析及模拟装配验证等分析验证,该批次圆柱销装配开裂原因为显微组织粗大及硬度值处于上限,导致塑性较差,在装配时端面开裂,裂纹沿纵向延伸。

30Cr13(3Cr13)是一种马氏体不锈钢,具有较高的强度、硬度和较好的淬透性,适用于制造高强度、承受高应力载荷,并在一定腐蚀介质下工作,同时兼有耐磨性能的紧固件。某公司生产的标准GB879.1,规格4×1 4,材质30Cr13,弹性圆柱销在安装时开裂,且开裂比例较大,为批次性问题。本文通过分析找出开裂的根本原因。具体开裂位置如图1所示。

由图1可以看出:裂纹从圆柱销端部产生,沿纵向开裂,甚至出现掉块,裂纹深度约占总长的3/4。

1.化学成分

对失效件进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知,该失效件化学成分满足材料标准要求,碳含量在中上限。

2.断口分析

对断裂件进行宏观和微观断口分析,具体断口形貌如图2所示。


由图2可知,失效件纵向和横向宏观断口形貌相似,均呈颗粒状、小刻面金属光泽,断口平齐,断面洁净,未见明显宏观塑性变形;纵向和横向微观断口均呈冰糖状沿晶特征,个别件存在二次裂纹。

3.性能验证

取失效件与同批次未用产品做硬度试验,结果如表2所示。从表2硬度数据可以看出:失效件与未用件硬度值均满足标准要求,失效件硬度值略高,未用件最大值与最小值相差11HV,两者硬度值均接近标准值上限。

4.显微组织分析

对失效件及同批次未用件进行显微组织分析,结果如图3所示。

从图3失效件与同批次未用件显微组织对比分析可知:失效件和同批次未用件显微组织均为粗大的回火束状马氏体结构,晶粒度约为4级,未发现过热、过烧现象。

5.断口对比分析

对同批次未用件放置台虎钳上,预制人工断口,具体分析结果如图4所示。从图4中可以看出:同批次未使用产品横向和纵向断口未见宏观塑性变形,断口呈冰糖状,宏观断口与失效件相似;微观断口主要为沿晶特征,局部有少许韧窝。

6.分析与讨论

对安装开裂的圆柱销进行断口分析,断口为脆性沿晶特征,同批次未用件人工断口也为脆性沿晶特征,但局部有少许韧窝;失效件和同批次未用件硬度值满足标准要求,但接近标准值上限;显微组织为粗大的回火马氏体组织,晶粒较大。材料成分碳含量靠近上限值,增加了其淬透性;显微组织较为粗大,硬度值接近标准值上限,产品脆性显著增加,塑性较低。在装配时因圆柱销端面需引导插入安装孔中,变形量较大,导致沿晶脆性开裂。