65Mn锥垫断裂分析

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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。
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1、理化检测
. b* W$ f' d; C1 o% Ra．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。
% m0 Z4 J& r4 F8 P4 L/ q! z, }; B- p用砂纸打磨试样表面，测洛氏硬度为 46 ～ 47HRC ，符合技术要求。
$ `6 s& E, Q, m' ?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。
  O: q0 n; s# l1 r% g- T8 Nc．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
) @% _$ j; V9 e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。
  r" q; R! V, v7 U7 y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。
( R5 R: {/ U4 U" H* D2 q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。
% [! D1 i! X( u# H/ @0 |7 {5 O3、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。
$ X( k9 N  @- Q8 X9 G( P文章关键词： 锥垫