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60Mn鋼環件斷裂原因分析
摘要：60Mn鋼環件裝配后，在靜置狀態下突然發生斷裂。采用斷口分析/化學成份分析和顯微組織檢驗等方法對斷裂件進行了分析。結果表明，環件中存在白點。該白點在裝配應力和內部氫壓的作用下發生滯后擴展而發生崩裂。
關鍵詞：環件；白點；氫致滯后擴展；斷口分析
60Mn鋼環件過盈裝配后，在靜置狀態下突然發生斷裂。這種環件的生產的工藝為：電爐冶煉--LF精煉處理--壓軋 --等溫處理--淬回火。該環件外徑為 1200mm,，內徑為1000mm，寬為 150mm。筆者對該斷裂環件進行了失效分析。
1 理化檢驗
1.1斷口形貌
圖1為環件斷口的宏觀形貌，該環件斷口為較平坦的正確型斷口。斷裂源區為12mm＊18mm的橢圓行平坦區域，如圖1中A區，斷裂源點離環件內徑面大約50mm，離內側面大約70mm。斷裂源點居于環件橫截面的中心。
掃描電鏡下觀察斷口，在圖1的A區中可以發現有一斷裂源，其在一平坦區域（圖2a中的M）,放大后的形貌見圖2b。區域中可以發現兩個球形的恰雜物（圖2b中的B 和C）。在較為平坦的M區外為準解理斷口，并含有較多的二次裂紋，見圖2c，而在圖1中的A區外則是解理斷口，如圖2d所示，在解理斷口和解理斷口間存在明顯的分界線，見圖2c。
1.2化學成分
在近斷口處取樣進行化學成分分析，結果（質量分數）見表1。由表1可知，除了碳超過了限外，其他元素均符合技術要求。
1.3金相組織及低倍組織
斷裂環件的顯微組織為珠光體加少量鐵素體（圖3）。在環件截面上發現有恰雜物主要有兩類：一類為MnS另一類含鋁、硅、鈣、鎂和氧等元素，為硅酸鹽夾雜。對崩裂環件進行了酸浸低倍檢驗，其中心疏松區的疏松程度略高，縱向低倍試樣（檢驗面平行于內側面）上存在兩條裂紋（發裂），一條為9mm，距內徑面約31mm，另一條為10mm距內徑面約23mm。
2 分析于討論
根據上述理化檢驗結果和位于環件橫截面中心的斷裂源點形貌和穿晶準確理解斷裂特征認為，該斷裂點為白點。根據文獻[1]，白點是鋼中的一種缺陷，在斷口上呈現處圓形或橢圓形的白色區域，是由鋼中氫含量過高引起的。而從該環件斷口上有很多的二次裂紋（圖2c）的穿晶準確理解特征來判斷，該白點的形成是氫所致。在冶煉現場取鋼液樣來檢驗出鋼中氫含量zui高達（5---6）＊10-4%。任學沖等的研究表明，當氫含量在成分于該環件相近的車輪鋼中達3.7＊10-4%時就會產生白點。在斷裂環件上取樣測得的氫含量符合標準（w（H）≤2＊10-4%）要求，這是由于側氫試樣在加工和放置過程中會有部分氫逃逸出去，從而試測量值偏低。分析認為，由于該環件橫截面較大，在其冷卻過程中內部的氫沒有足夠時間向外擴散，而在其內部逐漸聚集，若其內部有夾雜物或其他缺陷存在即成為氫的富集的區域。氫在缺陷處產生應力和氫壓的共同作用下發生滯后擴展，一旦達到該材料的斷裂韌度臨界值就發生瞬時斷裂。因此發生了該環件在靜置狀態下突然發生斷裂的現象。
3.結論
60Mn鋼環件在裝配后發生崩裂是由于環件內存在白點，而白點在裝配應力及氫壓的作用下發生滯后擴展，當裂紋擴展到一定尺寸時就會發生瞬時崩裂。因此，在生產過程中應降低產品中的氫含量，減少恰雜物數量以及控制夾雜物的形態。
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