30Cr13不锈钢弹性圆柱销装配开裂分析

■ 许永春，李晓峰，徐俭，郝琦峥，董新燕，杨冬梅

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30Cr13（3Cr13）是一种马氏体不锈钢，具有较高的强度、硬度和较好的淬透性，适用于制造高强度、承受高应力载荷，并在一定腐蚀介质下工作，同时兼有耐磨性能的紧固件。

某公司生产的标准GB879.1，规格4×14，材质30Cr13，弹性圆柱销在安装时开裂，且开裂比例较大，为批次性问题。本文通过分析找出开裂的根本原因。具体开裂位置如图1所示。

图1 失效件

由图1可以看出：裂纹从圆柱销端部产生，沿纵向开裂，甚至出现掉块，裂纹深度约占总长的3/4。

1.化学成分

对失效件进行化学成分分析，结果如表1所示。

由表1可知，该失效件化学成分满足材料标准要求，碳含量在中上限。

2.断口分析

对断裂件进行宏观和微观断口分析，具体断口形貌如图2所示。

表1 化学成分 （质量分数） （%）

图2 失效件断口形貌

由图2可知，失效件纵向和横向宏观断口形貌相似,均呈颗粒状、小刻面金属光泽，断口平齐，断面洁净，未见明显宏观塑性变形；纵向和横向微观断口均呈冰糖状沿晶特征，个别件存在二次裂纹。

3.性能验证

取失效件与同批次未用产品做硬度试验，结果如表2所示。

从表2硬度数据可以看出：失效件与未用件硬度值均满足标准要求，失效件硬度值略高，未用件最大值与最小值相差11HV，两者硬度值均接近标准值上限。

4.显微组织分析

对失效件及同批次未用件进行显微组织分析，结果如图3所示。

从图3失效件与同批次未用件显微组织对比分析可知：失效件和同批次未用件显微组织均为粗大的回火束状马氏体结构，晶粒度约为4级，未发现过热、过烧现象。

5.断口对比分析

对同批次未用件放置台虎钳上，预制人工断口，具体分析结果如图4所示。

从图4中可以看出：同批次未使用产品横向和纵向断口未见宏观塑性变形，断口呈冰糖状，宏观断口与失效件相似；微观断口主要为沿晶特征，局部有少许韧窝。

6.分析与讨论

对安装开裂的圆柱销进行断口分析，断口为脆性沿晶特征，同批次未用件人工断口也为脆性沿晶特征，但局部有少许韧窝；失效件和同批次未用件硬度值满足标准要求，但接近标准值上限；显微组织为粗大的回火马氏体组织，晶粒较大。

表2 硬度试验 （HV30）

图3 显微组织

图4 人工断口

材料成分碳含量靠近上限值，增加了其淬透性；显微组织较为粗大，硬度值接近标准值上限，产品脆性显著增加，塑性较低。在装配时因圆柱销端面需引导插入安装孔中，变形量较大，导致沿晶脆性开裂。

7.结论及建议

该批次圆柱销产品硬度值接近标准值上限且显微组织为粗大的回火马氏体组织，导致脆性较大，塑性较差。在装配时，裂纹从圆柱销端部萌生，并迅速扩展直至开裂。

通过上述分析，建议采取以下措施，防止问题再次发生：

（1）合理控制材料晶粒，使之不过大，降低脆性风险。

（2）优化热处理制度，适当提高回火温度，控制硬度值在合理范围内。