墊圈心部組織金相分析

鞍形彈簧墊圈，規(guī)格為M24，材質(zhì)為65Mn，表面達(dá)克羅處理。安裝扭矩為670N•m，安裝在高強(qiáng)度的螺栓上，安裝的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)墊圈開(kāi)裂失效。

13.7.1 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

故障件的斷裂位置均位于墊圈開(kāi)口對(duì)邊的拱起處，即安裝后變形最大處，如圖13-57所示

圖13-57   斷裂墊圈宏觀形貌

采用掃描電鏡對(duì)墊圈斷口進(jìn)行低倍和高倍觀察：

墊圈斷口低倍觀察，可見(jiàn)斷面四周較平坦，心部粗糙，低倍形貌見(jiàn)圖13-58。

圖13-58   斷面宏觀形貌

墊圈斷口高倍觀察，斷口邊緣區(qū)域的微觀形貌為剪切韌窩形貌，見(jiàn)圖13-59。

圖13-59  斷面邊緣微觀形貌。

斷口心部區(qū)域的微觀形貌為沿晶斷裂，斷口為解理及韌窩的混合斷口，并伴有晶間二次裂紋，見(jiàn)圖13-60。

圖13-60  斷面心部形貌

金相組織及夾雜物檢查：

墊圈邊緣的金相組織有輕微脫碳，脫碳層厚度約為0.1mm，見(jiàn)圖13-61。

圖13-61  墊圈邊緣脫碳組織

墊圈心部金相組織，為回火屈氏體，見(jiàn)圖13-62。

圖13-62 墊圈心部金相組織

墊圈晶粒組織，墊圈經(jīng)苦味酸腐蝕后，晶粒組織較細(xì)，未發(fā)現(xiàn)過(guò)熱過(guò)燒特征，晶粒度為6～7級(jí)，見(jiàn)圖13-63。

圖13-63 墊圈晶粒度組織

根據(jù)“GBT 10516-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定方法”，對(duì)墊圈夾雜物檢查和評(píng)定，該墊圈夾雜物為A類，（硫化物夾雜、細(xì)系）2級(jí)，見(jiàn)圖13-64。

圖13-64墊圈非金屬夾雜物

對(duì)失效墊圈進(jìn)行化學(xué)成分分析，其化學(xué)成分符合GB/T 1222-2007標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)65Mn鋼的要求

對(duì)墊圈的硬度檢測(cè)結(jié)果，墊圈硬度為48.0～50.3HRC。

失效墊圈去除表面涂層后，對(duì)三個(gè)不同部位進(jìn)行氫含量檢測(cè)，結(jié)檢測(cè)果為1.3 ppm～1.5 ppm，墊圈中只含有微量的氫。

13.7.2  分析與討論

墊圈表面脫碳會(huì)造成墊圈強(qiáng)度降低，但不會(huì)引起脆性開(kāi)裂。

墊圈材質(zhì)、晶粒度及非金屬夾雜物均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，未發(fā)現(xiàn)低熔點(diǎn)金屬，金相組織正常，無(wú)過(guò)熱過(guò)燒，而且墊圈是在安裝過(guò)程中斷裂的，所以，可排除應(yīng)力腐蝕及液態(tài)金屬致脆的可能。

墊圈達(dá)克羅工藝處理，達(dá)克羅工藝的優(yōu)點(diǎn)就是無(wú)酸洗和電鍍，防止了滲氫和氫脆危險(xiǎn)。氫含量檢測(cè)結(jié)果顯示墊圈材質(zhì)中含有微量氫，但含量不高，斷口分析也表明，斷口為解理及韌窩的混合斷口，并伴有晶間二次裂紋，這不是氫脆斷裂的特征，而是脆性斷裂的特征

從墊圈硬度可推測(cè)該批墊圈的回火溫度較低，大約為360℃左右。墊圈的回火溫度低，造成了硬度過(guò)高；過(guò)高的硬度使墊圈塑性降低。脆性增加，在安裝應(yīng)力作用下容易發(fā)生脆斷。

墊圈的熱處理回火溫度偏低，使墊圈的硬度過(guò)高，當(dāng)墊圈在螺栓上安裝時(shí)，在安裝扭矩的作用下，墊圈受壓應(yīng)力，在壓應(yīng)力作用下墊圈開(kāi)口對(duì)邊的拱起處，變形最大，墊圈拱起處一面受壓應(yīng)力，而另一面受拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展使墊圈脆性斷裂失效。

13.7.3  結(jié)論與啟示

（1）墊圈安裝時(shí)在安裝應(yīng)力作用下，拱起處一面受壓應(yīng)力，而另一面受拉應(yīng)力，受拉應(yīng)力作用的一面先產(chǎn)生裂紋，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展使墊圈斷裂失效。

（2）導(dǎo)致墊圈斷裂的原因是墊圈的熱處理回火溫度偏低，回火溫度偏低使墊圈硬度過(guò)高，在安裝應(yīng)力作用下墊圈脆性斷裂。

（3）建議采用合適的回火溫度，控制墊圈回火后的硬度在合適的范圍內(nèi)。