結(jié)構(gòu)鋼活塞主軸功能測(cè)試斷裂分析

背景：氣缸活塞主軸在組裝氣密性測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂不良，不良率4%。實(shí)驗(yàn)室配合現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行缺陷分析，探討活塞主軸開(kāi)裂根本原因，方便現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行針對(duì)性改善。

分析結(jié)果：裂紋源于內(nèi)孔尖角處，裂紋內(nèi)未觀測(cè)到鍍鉻層；主軸調(diào)質(zhì)淬火呈明顯的三層組織，局部位置已淬透；基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，屬40Cr類(lèi)鋼；工件淬硬層硬度高達(dá)54.5HRC。

失效癥狀：主軸上局部裂紋

失效形式：斷裂

失效機(jī)理：40Cr鋼依S45CM方式 水淬調(diào)質(zhì)，易引起極大的內(nèi)應(yīng)及脆性風(fēng)險(xiǎn)。

根本原因：主軸基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，實(shí)為40Cr鋼類(lèi)型。

改善建議：改善熱處理工藝，選擇適合40Cr鋼材類(lèi)的淬火介質(zhì)油。

一、背景

氣缸活塞主軸在組裝氣密性測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂不良，不良率4%。實(shí)驗(yàn)室配合現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行缺陷分析，探討活塞主軸開(kāi)裂根本原因，方便現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行針對(duì)性改善，以確保后續(xù)生產(chǎn)順利進(jìn)行。

素材：S45CM棒材，調(diào)質(zhì)預(yù)處理

加工流程：棒材機(jī)加工—高頻感應(yīng)加熱淬火及回火—外圓精加工—鍍硬鉻

二、分析方案

2.1取樣 

開(kāi)裂不良品

2.2分析項(xiàng)目

切片觀察：將樣品制成切片，用金相顯微鏡對(duì)開(kāi)裂位置進(jìn)行截面分析；

金相組織分析：用金相顯微鏡分析樣品的金相組織及淬火深度；

成份鑒定：利用Spark-AES進(jìn)行成分鑒定；

硬度分析：利用維氏硬度計(jì)分析樣品的表芯硬度。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 切片截面分析

裂紋源于內(nèi)孔尖角處，裂紋內(nèi)未觀測(cè)到鍍鉻層，推測(cè)樣品在氣密性測(cè)試段發(fā)生開(kāi)裂。

3.2 金相組織

零件外層組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體，內(nèi)層組織為回火索氏體+塊 狀鐵素體，兩層交界處組織為回火馬氏體+回火索氏體+少量托氏體。組織呈帶狀偏析。

3.3 淬硬層深度

樣品淬硬層深度不均勻( 0.5mm ~4.0mm);

內(nèi)孔處(開(kāi)裂位置)已完全淬透(深度約2.4mm)，可能為導(dǎo)致后續(xù)工藝開(kāi)裂失效的主要原因。

3.4 材質(zhì)判定

基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，屬40Cr類(lèi)鋼；

40Cr鋼淬透性高于S45CM，兩者淬火介質(zhì)不同，如用S45CM的水淬方式，極可能會(huì)使相同條件下40Cr材料的工件開(kāi)裂傾向大。

3.5 硬度測(cè)試

工件淬硬層硬度高達(dá)54.5HRC。

四、結(jié)論

裂紋源于內(nèi)孔尖角處，未觀測(cè)到裂紋內(nèi)鍍鉻層，推測(cè)樣品在氣密性測(cè)試段發(fā)生開(kāi)裂；

樣品基材化學(xué)成分不符合S45CM規(guī)格，實(shí)為40Cr鋼類(lèi)型；

 40Cr鋼淬透性高于S45CM，樣品淬硬層深度不均勻，最深處達(dá)4.0mm，內(nèi)孔處已完全淬透，為導(dǎo)致后續(xù)工藝開(kāi)裂的主要原因；

建議改善熱處理工藝，選擇適合40Cr鋼材類(lèi)的淬火介質(zhì)油。