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65Mn 锥垫断裂分析
类别: 技术问题
发布时间:2007/4/10 14:05:00
浏览数:5746

  锥垫材料为 65Mn ,加工工艺流程为:板材下料→冲压→淬火( 820 ℃± 10 ℃ ,网带炉加热)→回火( 350 ~ 380 ℃)→检验( 42 ~ 47HRC )→串垫→搓丝→电镀彩锌。锥垫如图所示,带垫螺栓在装配时 20% ~ 30% 发生锥垫碎裂,致使该批螺栓大量报废。为了找出断裂原因,从而采取有效的防止措施,进行了如下的检测与分析。



1、  理化检测


a .化学成分及硬度 取碎裂件和未经串配的锥垫进行成分和硬度复验。经分析,化学成分( W% )为: 0.65C , 0.22Si , 1.10Mn , 0.02P , 0.011S 。化学成分符合该材料技术标准。


  用砂纸打磨试样表面,测洛氏硬度为 46 ~ 47HRC ,符合技术要求。


b .金相检验 在断口附近取样观察,显微组织为保留马氏体位向的回火屈氏体,奥氏体晶粒度为 7.0 级。观察过程中未发现原材料存在不允许的缺陷。


c .断口观察 断口垂直于零件纵向,断裂位置表面浅灰色,呈细晶粒状,有冰糖状及鸡爪形特征,具有脆性断裂特征。


2 、失效分析


  综上检测结果表明,锥垫的碎裂与原材料无关,由断口形态表明,产生沿晶断裂的现象只可能发生在热处理和表面处理工序中,电镀钝化过程中,工件有可能产生氢脆,导致沿晶断裂。


  众所周知, 65Mn 钢有过热及回火脆性倾向,断口形貌及金相观察表明,失效试样晶粒细小,组织均匀,不是过热组织。失效试样回火温度为 360 ℃ ,65Mn 钢在此温度下回火有可能产生第一类回火脆性。尤其是弹簧钢具有明显的回火脆性倾向,钢中加入锰则促进回火脆性的发展。资料表明:含锰量在 1.1% 时,不论快冷或慢冷冲击韧度都很低,回火脆性倾向增加,所以锰钢是属于对回火脆性敏感的钢。


  由此可知,该锥垫碎裂是在回火脆性温度区内回火,产生第一类回火脆性,使锥垫的韧度下降,在酸洗和电镀时,高浓度强酸中的氢原子侵入零件,通常强度级别高的材料比强度低的材料氢脆敏感性大,裂纹发生率也大。锥垫硬度已达 46 ~ 47HRC ,这相对于 8.8 级螺栓硬度范围 28 ~ 32HRC 或更低硬度的紧固件,则更易增加脆性风险。装配时由于零件薄弱环节处应力集中,内应力较大,从而使锥垫在低的应力作用下沿该处发生碎裂。


3、 预防措施


  防止回火脆性,提高锥垫韧性,其办法是避开在第一类回火脆性区回火。作为弹簧类零件,锥垫本身所具有的性能是高的弹性极限和较好的疲劳强度。资料介绍:在 300 ~ 350 ℃回火时弹性极限具有极大值,但在此温度区回火后钢材比较脆,尤其是存在表面缺陷和各种应力集中时更是如此,硬度在 45HRC 以上时由于氢的存在使材料变脆,当外力作用下即发生碎裂。因此,对锥垫的回火温度宜选在 400 ℃ 以上,这时,锥垫有较好的疲劳强度,回火后的硬度一般控制在 42 ~ 45HRC 。


  锥垫串上螺栓后,进行电镀时进行二次驱氢工艺处理,第一次镀锌用 360 ~ 400 ℃温度保温 8h 驱氢,第二次镀锌钝化前,用 190 ~ 210 ℃温度保温 6h 驱氢,注意电镀后 2h 内必须及时驱氢。重新加热回火,经 410 ~ 430 ℃回火后 , 锥垫的硬度控制在 42 ~ 44HRC ,尤其是改用 60 #、 70 #钢后,锥垫电镀后进行二次驱氢处理,再次装配,未发生碎裂,从而保证了高产品质量,使锥垫的断裂得到彻底解决。




发布者:张力
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