第４５卷 第５期金 属 制 品２０１９年１０月 Ｖｏｌ４５ Ｎｏ５ＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＯｃｔｏｂｅｒ２０１９
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－４２２６．２０１９．０５．０１０
６５Ｍｎ弹簧疲劳断裂失效分析
周斌斌， 廖 建， 彭 凯
（新余新钢金属制品有限公司， 江西 新余 ３３８００４）
摘要：６５Ｍｎ弹簧钢丝生产的拉簧服役几个月后发生断裂。采用ＳＥＭ扫描电子显微镜对弹簧断口表面进行形貌、金
相组织等检测，对弹簧断裂原因及断裂过程进行分析。结果表明，弹簧断口为疲劳失效断口，疲劳源处表面微裂纹
是引起疲劳裂纹萌生的直接原因，表面微裂纹则是由不良抛丸工艺造成的。弹簧厂通过更换新钢丸并降低抛丸速
度消除了疲劳性能不符合要求的情况。
关键词：弹簧钢丝；拉簧；疲劳断裂；金相组织；裂纹；失效分析
中图分类号：ＴＧ１４２．７１ 文献标识码：Ａ
Ｆａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆ６５Ｍｎｓｐｒｉｎｇ
ＺｈｏｕＢｉｎｂｉｎ，ＬｉａｏＪｉａｎ，ＰｅｎｇＫａｉ
（ＸｉｎｙｕＸｉｎｓｔｅｅｌＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｙｕ３３８００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｕｌｌｓｐｒｉｎｇｏｆ６５Ｍｎｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌｗｉｒｅｂｒｏｋｅａｆｔｅｒｓｅｖｅｒａｌｍｏｎｔｈｓ’ｓｅｒｖｉｃｅ．ＴｈｅＳＥＭｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅ
ｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｐｒｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｓｐｒｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｃａｕｓｅｓａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｎａ
ｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐｒｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｉｓｆａｔｉｇｕｅｆａｉｌｕｒｅｆｒａｃｔｕｒｅ，ａｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｃｒａｃｋａｔｆａｔｉｇｕｅｓｏｕｒｃｅｉｓｄｉｒｅｃｔ
ｃａｕｓｅｏｆｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｂａｄｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｓｐｒｉｎｇｆａｃｔｏｒｙｅｌｉｍｉ
钎头套筒疲劳断裂失效研究
摘要：钎头是钻探的重要工具，广泛应用于采掘工程与石方工程中。在钻探工程开展过程中，钎头的质量，直接关系着工程效益，对此，提高钎头质量成为重点。在钎头应用过程中，常发生钎头套筒疲劳断裂现象，导致材料失效。对此，文章探讨了钎头套筒疲劳断裂失效展开探讨，积极了解导致其疲劳断裂失效的主要因素，并提出了预防材料失效的措施。
关键词：钎头套筒；疲劳断裂；失效因素；预防措施
前言：为了解钎头套筒疲劳断裂的原因，相关人员应通过相关仪器设备，对失效零件进行详细分析。一般来讲，影响钎头套筒的寿命，并导致其疲劳断裂失效的因素大体为以下几种：设计不合理、材料本身质量不佳、制造工艺不足、操作不规范、维修不到位等[1]。文章对此展开详细研究。
1、钎头套筒疲劳断裂失效分析
一般来讲，因金属零部件交变应力较低，远低于材料强度，在高强度运行中，常发生金属疲劳断裂现象。据统计，在失效的金属零件中，属于疲劳断裂失效的机械零件占据80%以上。
据悉，某钎头生产公司为提高钎头质量与寿命，引入新型的钎头套筒材料--45CrNiMoV钢，因为，此种钢的强度较高，能够满足中大直径球齿钎头中的热嵌固齿工艺，在设计人员心中，该种钢材能够降低钎头套筒疲劳断裂的时间，提高钎头使用寿命[2]。然而，在实际凿岩过程中，钢钎头套筒却因无法承受高频率的弯曲应力、扭转应力以及拉压，在短期内出现了头部开裂现象，检查分析得知，导致钎头开裂的原因是因套筒较为薄弱，无法承受应力，最终出现疲劳断口。笔者以此对钎头套筒疲劳断裂失效展开分析。
1.1、钎头套筒的主要化学成分
钎头套筒是连接钎头与机械设备的重要部件，在钻探工程中占据重要作用。在钻探过程中，就整体而言，钎头连接套筒的部位较为薄弱，在机械设备运行中，钎头套筒连接部位承受应力能力必然低于其他部位，因此，钎头套筒疲劳断裂失效现象，已经成为钎头失效的主要因素[3]。为了解钎头套筒疲劳断裂的原因，相关人员利用仪器设备，对其化学成分进行分析，结果如下：钎头套筒所用钢材为45CrNiMoV钢，其中包含有C元素0.44%-0.48%、Si元素0.15%-0.30%、Mn元素0.65%-0.82%、Cr元素0.98%-1.12%、Ni元素0.41%-0.54%、Mo元素0.95%-1.05%、V元素0.09%-0.13%。
杨振宁李凤民 赵清华李传坤：扇形轴疲劳失效断裂原因分析 ２７
扇形轴疲劳失效断裂原因分析
杨振宁李凤民赵清华李传坤
（山东滨州渤海活塞股份有限公司）
［摘要］某扇形轴在疲劳试验时出现断裂现象，见图１。拆卸后发现在５７×１０４圈时断裂。
通过对扇形轴进行宏观检验、金相检验、硬度测试、化学成分分析、扫描电镜分析和能谱分析，
对该扇形轴失效原因进行分析和探讨。结果表明：扇形轴裂纹从晶粒间的内氧化开始，沿晶界向 内延伸。说明晶粒间的内氧化促成了扇形轴的疲劳失效。受到其他因素的影响，如装配、尺寸偏 差、工作负载等等，也可能使扇形轴因疲劳失效而断裂。
［关键词］扇形轴 内氧化沿晶脆性开裂
Ｓｕｍｍａｒｙ：ｔｈｅ ｓｅｃｔｏｒ ｓｈａｆｔ ｃｒａｃｋｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｔｅｓｔ，ｓｅｅ ｆｉｇ．１．Ｉｔ’Ｓ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ａｆｔｅｒ ｄｉｓ—
ｍａｎｔｌｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｃｔｏｒ ｓｈａｆｔ ｃｒａｃｋｅｄ ａｔ ｉｎ ｔｈｅ ５７×１ ０４ ｒｏｕｎｄ．Ｆａｉｌｕｒｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｔｏｒ ｓｈａｆｔ ｉｓ ａｎａ— ｌｙｚｅｄ ｖｉａ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙ—
ｓｉｓ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ：
ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｓｔａｒｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｅｘｔｅｎｄｓ ｅｎｔａｄ．Ｉｔ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｇ— ｒａｎｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｓｅｃｔｏｒ ｓｈａｆｔ．Ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｓｕｃｈ ａｓ ａｓｓｅｍｂｌｙ，ｄｉｍｅｎ—
金属脆性断裂失效现象
近百年来，随着金属材料的广泛应用，曾频繁出现过不少重大的工程断裂事故，包括桥梁、储气和储油罐、管道、转子、轮船、导弹发动机壳体的断裂等，造成严重的后果和重大的经济损失。
通过对大量脆性断裂现象的分析与考查，脆性断裂的主要特征有：
1、零件断成两部分或碎成多块；
2、断裂后的残片能很好地拼凑复原，断口能很好地吻合，在断口附近没有宏观的塑性变形迹象；
3、脆断时承受的工作应力很低，一般低于材料的屈服强度，因此，人们把脆性断裂又称为“低应力脆性断裂”；
4、脆断的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始；
5、温度降低，脆断倾向增加；
6、脆断断口宏观上平直，断面与正应力垂直，断口上往往能观察到放射状或人字纹条纹；
7、一旦发生开裂，裂纹便以极高的速度扩展，其扩展速度可达声速，因此带来的后果常常是灾难性的；
8、高强度钢可能发生脆性断裂，在比较低的温度下，中、低强度钢也可能发生脆性断裂。脆性断裂通常在体心立方和密排六方金属材料中出现，而面心立方金属材料只有在特定的条件下才会出现脆性断裂。
金属脆性断裂失效原因分析
1、应力分布
最大拉应力与最大切应力对形变和断裂起不同作用。最大切应力促进塑性变形，是位错移动的推动力，而最大拉应力则只促进脆性裂纹的扩展。当零件存在缺陷(如尖锐缺口、刀痕、预存裂纹、疲劳裂纹等)或零件的截面突然变化，这些部位往往引起应力集中而使应力分布不均匀，即造成三向拉应力状态，极易导致脆性断裂。因此，应力集中的作用以及除载荷作用方向以外的拉应力分量是造成金属零件在静态低负荷下产生脆性断裂的重要原因。材料的应力状态越严重，则发生解理断裂的倾向性越大。
2、温度
温度降低会引起材质本身的性能变化，如钢的屈服应力随温度降低而增加，韧性下降，解理应力也随着下降。对某些体心立方金属及合金，由于位错中心区螺位错非共面扩展为三叶位错或两叶位错，特别在低温下，这种结构的螺位错难以交滑移，使得派-纳力（在理想晶体中克服点阵阻力移动单位位错所需的临界切应力）随温度的降低迅速升高，这是这类材料的屈服强度或流变应力随温度降低而急剧升高即对温度产生强烈依赖关系，并因此导致材料脆化的主要原因。
