经典螺纹短轴断裂分析

gtn1314

朋友碰到一起螺纹短轴断裂失效事故，要求分析原因，以杜绝事故再次发生，信息如下：
某42CrMo短轴，用户在使用过程中，在短轴的第四牙螺纹处发生断裂，见图一。短轴热处理工艺为调质处理，加工成型后最后进行表面镀锌处理。
断裂实物请见下图，请论坛大侠、兄弟一起努力，帮忙寻找问题所在了：

不得了

请把断口再拍清楚一点

杨青海

做个金相看看,是氢脆引起的还是淬火引起的裂纹!

txljh8

做个金相看看,是氢脆引起的还是淬火引起的裂纹!
杨青海 发表于 2010-11-3 22:21

    赞同。调质质量要检查，氢脆的可能性很大，螺纹加工也是关键。（螺纹短轴正常是镀铬处理，怎么改镀锌了？）

gtn1314

回复 2# 不得了

数码相机拍的宏观断口，已经不错了。

gtn1314

回复 3# 杨青海


    金相是看不出是否氢脆的，金相照片随后奉上

gtn1314

回复 4# txljh8


    螺纹加工符合规范。美国人的图纸，要求镀锌，没办法。

gtn1314

夹杂物、组织都符合规范，成分也没有问题，略有条带偏析。拉力试验强度正常，延伸率偏下限，也合格的。

小一哥

既然各方面都正常，是不是应用的场合超过了材料本身的许用范围？

SHUANGHUO

就不能上张标准的断口照片吗？
我的意思是正对着断口

SHUANGHUO

不能随便搞张照片
然后大家就在猜谜一样

gtn1314

回复 11# SHUANGHUO



裂纹起始处电镜观察，韧窝和沿晶集合的断口，裂纹扩展处，典型沿晶断口，不再猜谜了吧？

gtn1314

回复 9# 小一哥


    不是，从宏观断口就可以看出断口无明显塑性变形，所以一般不是超载断裂。

SHUANGHUO

没看到人字纹
不过如果组织没问题的话
氢脆是最可能的因素
有再大一点的图片吗
能直接来张断口的低倍照片吗
冲击试验做过没

gtn1314

回复 14# SHUANGHUO


    正解，搞过断口分析的一看就会怀疑氢脆问题了。没有更高倍率的了，样品很快就被他们拿走了。后来加了酸洗除氢后没再出现类似问题。冲击试验用来验证回火脆断比较有利。氢脆工程界用电镜判断一般是3000X以上观察有没有应力纹（鸡爪纹）来做定论，还有的测定氢含量。但是高强度钢哪怕是氢含量不明显高也会造成氢脆。而鸡爪纹，钟院士的断口学里有说过不能作为氢脆的必然判据，很有意思。兄弟不妨研究一下，到底如何判是好？我一般是给推测性结论，然后生产验证，解决了才算定论。

gtn1314

回复 14# SHUANGHUO


    宏观上有人字纹特征的，再看一下嘛。而且人字纹不能作为氢脆的必要判据。有时候氢脆不一定会出现人字纹。

gtn1314

非常感谢版主给予的鼓励！这是多年以前的分析，现在再回顾一下，发现其实可以做得更好，下面是当年的分析讨论：
3.1 该钢加工前经化学成分检测，成分正常。
3.2 金相及硬度检验未见异常，说明热处理过程无明显问题。
3.3 断口微观分析时用EDS分析晶界面，未发现有异常元素存在，说明不是应力腐蚀机理作用。
3.4瞬断区呈沿晶断裂，断口上有二次裂纹、发纹及显微孔洞，晶界棱线清楚、晶界面光滑，符合氢脆沿晶断裂特征。
3.5 断裂断口微观分析发现裂纹起源处呈韧性断裂特征，瞬间断裂区呈脆性沿晶断裂。而高强钢氢脆断口微观形态与应力水平有关。当裂纹前端受到很高的应力场强度因子（K）作用时，断裂以微孔聚集方式进行，有利于形成韧窝。当在低K值作用时沿晶断裂。对于一定尺寸的裂纹，K值随应力的升高而提高，应力一旦达到临界值，裂纹就迅速发展，直到断裂。断口的微观特征也与氢脆断口特征符合。
3.6 造成金属材料晶界弱化而导致构件晶间开裂失效原因较多，一般常见有以下几种：
a. 晶界沉淀相造成沿晶断裂，如Cr23C6析出与过热钢的断裂。EDS分析晶界面，未发现有Cr量异常偏高，原因可排除。
b. 杂质元素偏聚造成沿晶断裂，典型例子是回火脆性与晶界上有第二相粒子, 通过微观观察沿晶断裂区, 未见明显第二相粒子析出。
c. 环境因素形成的沿晶断裂，主要有应力腐蚀与氢脆。应力腐蚀应有腐蚀产物，本例未见。
d. 高温下的沿晶断裂，蠕变断裂与焊接区高温裂纹及过烧裂纹等。金相分析应该有晶粒粗大的现象，所以也可排除。

gtn1314

给出这个例子，只是想给论坛的兄弟姐妹一个思路：其实断裂分析最重要的一环还是断口分析，有很多时候仅仅采用金相和性能分析是无法得出正确结论的，请各位专家多批评指正！

chief

回复 18# gtn1314


    有条件的话做的越多当然是最好的了

gtn1314

回复 19# chief


    这个，如果分析不能得出准确结论，还不如不分析啦，是不是？没有条件可以创造条件嘛，送高校、研究所、请朋友帮忙，只要肯想办法，总是能解决的。