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結(jié)構(gòu)鋼活塞主軸功能測試斷裂分析

 

背景：氣缸活塞主軸在組裝氣密性測試時發(fā)現(xiàn)開裂不良，不良率4%。實驗室配合現(xiàn)場進(jìn)行缺陷分析，探討活塞主軸開裂根本原因，方便現(xiàn)場進(jìn)行針對性改善。

 

分析結(jié)果：裂紋源于內(nèi)孔尖角處，裂紋內(nèi)未觀測到鍍鉻層；主軸調(diào)質(zhì)淬火呈明顯的三層組織，局部位置已淬透；基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，屬40Cr類鋼；工件淬硬層硬度高達(dá)54.5HRC。

 

失效癥狀：主軸上局部裂紋

 

失效形式：斷裂

 

失效機理：40Cr鋼依S45CM方式 水淬調(diào)質(zhì)，易引起極大的內(nèi)應(yīng)及脆性風(fēng)險。

 

根本原因：主軸基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，實為40Cr鋼類型。

 

改善建議：改善熱處理工藝，選擇適合40Cr鋼材類的淬火介質(zhì)油。

 

一、背景

 

氣缸活塞主軸在組裝氣密性測試時發(fā)現(xiàn)開裂不良，不良率4%。實驗室配合現(xiàn)場進(jìn)行缺陷分析，探討活塞主軸開裂根本原因，方便現(xiàn)場進(jìn)行針對性改善，以確保后續(xù)生產(chǎn)順利進(jìn)行。

 

素材：S45CM棒材，調(diào)質(zhì)預(yù)處理

 

加工流程：棒材機加工—高頻感應(yīng)加熱淬火及回火—外圓精加工—鍍硬鉻

 

 

二、分析方案

 

2.1取樣 

 

開裂不良品

 

2.2分析項目

 

切片觀察：將樣品制成切片，用金相顯微鏡對開裂位置進(jìn)行截面分析；

 

金相組織分析：用金相顯微鏡分析樣品的金相組織及淬火深度；

 

成份鑒定：利用Spark-AES進(jìn)行成分鑒定；

 

硬度分析：利用維氏硬度計分析樣品的表芯硬度。

 

三、實驗結(jié)果

 

3.1 切片截面分析

 

 

裂紋源于內(nèi)孔尖角處，裂紋內(nèi)未觀測到鍍鉻層，推測樣品在氣密性測試段發(fā)生開裂。

 

3.2 金相組織

 

 

零件外層組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體，內(nèi)層組織為回火索氏體+塊 狀鐵素體，兩層交界處組織為回火馬氏體+回火索氏體+少量托氏體。組織呈帶狀偏析。

 

3.3 淬硬層深度

 

 

樣品淬硬層深度不均勻( 0.5mm ~4.0mm);

 

內(nèi)孔處(開裂位置)已完全淬透(深度約2.4mm)，可能為導(dǎo)致后續(xù)工藝開裂失效的主要原因。

 

3.4 材質(zhì)判定

 

 

基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，屬40Cr類鋼；

 

40Cr鋼淬透性高于S45CM，兩者淬火介質(zhì)不同，如用S45CM的水淬方式，極可能會使相同條件下40Cr材料的工件開裂傾向大。

 

3.5 硬度測試

 

 

 

工件淬硬層硬度高達(dá)54.5HRC。

 

四、結(jié)論

 

裂紋源于內(nèi)孔尖角處，未觀測到裂紋內(nèi)鍍鉻層，推測樣品在氣密性測試段發(fā)生開裂；

 

樣品基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，實為40Cr鋼類型；

 

 40Cr鋼淬透性高于S45CM，樣品淬硬層深度不均勻，最深處達(dá)4.0mm，內(nèi)孔處已完全淬透，為導(dǎo)致后續(xù)工藝開裂的主要原因；

 

建議改善熱處理工藝，選擇適合40Cr鋼材類的淬火介質(zhì)油。