40Cr 钢加载油缸上耳环断裂原因分析

　　摘 要：通过断口观察、显微组织分析、化学成分分析、力学性能检测以及后续的验证实验对40Cr 钢耳环杆部断裂失效原因 进行了分析 。结果表明，失效件没有进行调质处理，显微组织中存在着大量的网状铁素体， 使得材料性能低于标准GB3077 要求，在应力集中的螺纹根部易形成裂纹是耳环杆断裂的主要原因。另外，低倍检查发现失效件中存在白点。

　　某单位制造的生料立磨液压系统，其加载液压缸的上耳环杆部，在工作了约3个月左右后发生断裂，断裂位置在被联轴器包住的耳环杆部连接螺纹段直径300 mm(见图1(a))。油缸上耳环杆部的材料为40Cr中碳结构钢，该断裂的上耳环杆部经过分析得到如下结果。

　　1断口观察

　　图1(b)为宏观断口形貌，从图中可以看出，断裂发生于螺纹根部，断口分A, B两部分。，A部分断口平滑，面积约占耳环杆横截面积的6/7。仔细观察在图中可发现多条相互大致平行的弧线，如白箭头所示，为典型的疲劳贝壳状弧线[fl-}l，因此可以断定图1(b)为疲劳断口。

　　仔细观察发现:下面的贝壳线可分为三段，三段弧线的节点，如黑箭头所示，与每段弧线对应有一个疲劳源，说明此断口为多源疲劳断口。B部分断口相对粗糙，为瞬时过载断裂部分，同时存在较多闪点，呈现出结晶状断口特征，说明耳环杆材料较脆。初步测量发现该部分约占整个横截面积的1/7,瞬断区面积相对较小说明最后断裂时实际的工作负荷并不是很大，应为高周疲劳断裂。

　　将图1 (b) B部分断口切下一段放入丙酮中经超声波清洗后，置入扫描电镜观察，结果如图2所示。这部分断口为典型的河流花样，河流的方向为裂纹扩展方向，表现出脆性解理断裂的特征[#]。同时在耳环杆的螺纹根部还发现有儿处出现开裂，如图3黑箭头所示。由于这些裂纹比断口处开裂的晚，没有完全断开。由于耳环杆材料比较脆，对缺口相对敏感容易产生应力集中，在外加循环工作应力的作用下，使得在齿根部位形成多个疲劳源。仔细观察还可发现存在着大量的加工刀痕(白箭头所示)，这说明加工很粗糙，容易引入残余应力导致萌生疲劳裂纹。

　　2显微组织检验

　　图4 (a)为耳环杆低倍组织像，可以看到试样表面分布着一些像蠕虫状的裂纹，如箭头所示。图4 (b)为图4 (a)裂纹的放大像。在低倍试片上取下一块包含裂纹的试样，沿裂纹断开试样得到裂纹断口。宏观形貌如图4 (c)所示，发现断口表面有白点存在(黑箭头所示)。