链轮轴裂纹形成原因分析

1　裂纹情况

如图1所示，某型号链轮轴加工后发现裂纹，裂纹深且长，纵向基本贯通整根轴。链轮轴主要加工工艺路线为：原材料→锻造→正火→高温回火→表面切削加工→镀铜→渗碳淬火（840℃）→回火（230℃）。经了解，裂纹是在回火后发现的，同一批产品中约有80%出现类似现象。笔者对链轮轴裂纹的形成原因进行分析，以防止类似现象再次出现。

  

▲图1 链轮轴裂纹

2　理化检验

在链轮轴开裂处制取化学分析试样，使用真空直读光谱仪进行化学成分分析，并制取金相试样，使用金相显微镜进行金相分析。

化学成分分析结果见表1，可见链轮轴材料成分符合要求。

1958年，盐湖上的一声呐喊唤醒了沉睡亿万年的戈壁荒滩，拉开了中国钾资源开发的序幕。1978年，改革开放的春风吹遍了神州大地，中国钾肥工业从小到大、从土到洋、从弱到强。

金相组织检验面与断口表面垂直，显微组织为回火马氏体，如图2所示。

  

▲图2 金相组织

3　断口分析

酸洗是利用酸与铁氧化物的化学反应，达到去除氧化皮效果的一种表面处理工艺［4］，也是零件电镀过程中产生渗氢的主要环节［5］。在酸洗过程中，酸液与基体金属发生化学反应，产生大量氢气，这些氢气一部分逸出，另一部分则以原子状态向金属内部扩散［6］。酸洗液成分、酸洗温度、酸洗时间，以及合金成分等都能影响氢含量［7］，如果酸洗工艺不合理或操作不当，就会产生氢脆缺陷。氢脆是一种由于氢渗入金属内部导致的材料损伤，可以使金属材料在低于材料屈服强度的静应力作用下发生延迟断裂［8-9］。

由上述分析可知，链轮轴的化学成分、金相组织均满足要求。

分析产品的制造工艺，发现其中有镀铜工艺，镀铜前需经酸洗去除氧化皮。镀铜和过酸洗都为充氢过程，零件在镀铜或过酸洗后会进入大量的氢［2］。氢在钢中可造成严重缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆、表面鼓包、焊缝热影响区内裂纹等［3］。

将鸭嘴形特殊形貌进一步放大，如图6所示，可见整体基本呈椭圆形，断裂面较平滑，与基体有明显界面。鸭嘴形特殊形貌中间有一条白色的撕裂棱条带，条带两侧的断裂面不在一个平面上。

断口附近无塑性变形，呈脆性断裂特征。裂纹源区聚集有大量鸭嘴形特殊形貌，并分布大量夹杂物，与基体形成鲜明轮廓。分析结果表明，该断口具有典型的氢脆断裂特征［1］。

 

表1　化学成分分析

  

元素 C Mn Si S P Cr Ni Mo Al Cu实测值 0.19% 0.64% 0.27% 0.005% 0.007% 1.66% 1.55% 0.20% 0.04% 0.12%标准值 0.15%～0.20% 0.50%～0.90% ≤0.40% ≤0.010% ≤0.025% 1.50%～1.80% 1.40%～1.70% 0.15%～0.20% ≤0.05% ≤0.25%

选取一个鸭嘴形特殊形貌，放大中间撕裂棱白色条带，可见整体沿条带方向分布大量夹杂物，且部分形成裂纹，如图7所示。

AB135-S型十万分之一电子天平（瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司）；LC-20A型高效液相色谱（HPLC）仪（包括DGU-20A5R在线脱气机、LC-20AT输液泵、SIL-20A自动进样器、CTO-20A柱温箱、SPD-M20A紫外检测器及LC-Solution色谱数据处理系统，日本岛津公司）；Multiskan MK3型全波长酶标仪（美国Thermo Electron公司）；分样筛（上虞市五四仪器厂）；TGL-16型高速离心机（金坛市中大仪器厂）；GRP-9270型隔水式恒温培养箱（上海森信实验仪器有限公司）；HH-S型数显恒温水浴锅（常州翔天实验仪器厂）。

景观介绍的翻译则要“以中国文化为取向，以译文为重点”〔4〕。以中国文化为取向就是要尽量保留中国文化信息，去宣传中国文化，因为了解中国文化是外国旅游者的重要目的；以译文为重点就是要从译文读者的角度出发，对信息进行适当调整，使之易于接收。译者要以偏向译文、侧重读者的方向为准则，既不能不顾及英语的表达习惯和读者的接受能力，单纯追求语言文字和信息量的“对等”转换，也不能因两种文化的差异造成的“词汇空缺”而经常回避困难。

4　分析讨论

断口表面无金属光泽，未见明显塑性变形，整体平齐，结构粗糙，呈脆性断裂特征。仔细观察断口表面，可见清晰的放射状条纹，条纹收敛方向大致指向断口表面右下角长方形区域。将该区域放大，该区域为亮灰色，疑似为裂纹源区，如图4所示。

本刊讯：据《泸州市江阳区旅游局》报道，四川省经济和信息化委员会发布了四川第一批省级工业遗产项目名单，泸州老窖窖池群及酿酒作坊榜上有名。泸州老窖窖池群及酿酒作坊始建于明朝万历年间，是中国历史上建造最早、保存最完整、持续生产使用时间最长的窖池群。其中4口窖池是1573年修建的，一直使用到现在，是国务院颁布的全国重点文物保护单位。（江源荐，佳龙编辑）

  

▲图3 断口分析

  

▲图4 疑似裂纹源区

  

▲图5 鸭嘴形特殊形貌

将断口试样在扫描电镜下观察，在疑似裂纹源区发现有大量鸭嘴形特殊形貌特征，且成群分布、大小不一，如图5中箭头所示。放射状条纹区域则没有这种现象。

  

▲图6 鸭嘴形特殊形貌放大

  

▲图7 撕裂棱白色条带放大

  

▲图8 鸭嘴形特殊形貌微观影像

在裂纹近似最宽的部位制取断口试样，超声波清洗后置于扫描电镜中进行断口分析，如图3所示。

经仔细观察，鸭嘴形特殊形貌微观多为解理或准解理，并带有二次裂纹，还有部分沿晶面断裂，具有明显的氢脆裂纹特征，如图8所示。

非金属夹杂物分布在钢中破坏了金属基体的连续性，使材料的塑性和韧性降低［10］。同时，氢原子易于与夹杂物等相结合，可以使氢富集在夹杂物和基体的界面上。如果存在应力，在夹杂物和基体的界面处会形成应力集中［11］，从而一方面使氢在夹杂物处产生应力诱导氢富集，另一方面使夹杂物和基体的界面处先开裂，形成氢脆，导致产品开裂。

经了解，该批产品镀铜前的酸洗工艺极其不稳定，从而验证了以上分析，即氢脆致使链轮轴产生裂纹，导致产品开裂。

5　结论与建议

链轮轴原材料中存在大量的非金属夹杂物，镀铜前酸洗工艺控制不当，易形成氢脆，导致链轮轴开裂。

建议严格控制原材料中的非金属夹杂物，提升材料等级，并制订合适的酸洗工艺，严格控制酸洗过程的工艺参数，以防止产生氢脆。

由表4可知，蔗糖浓度为0，2%，1%，3%的泡菜中亚硝酸盐浓度在第4天时达到顶峰，蔗糖浓度为0，3%，2%，1%的泡菜中亚硝酸盐浓度顶峰值依次降低，到12天时含量已经很低并稳定。4%浓度的泡菜液在第8天就达到顶峰，然后开始下降，到12天时含量已经很低并稳定。亚硝酸盐浓度降低说明产亚硝酸盐的微生物含量减少。由此可知2%浓度的泡菜最适合食用，0，3%，1%次之，4%最次。第4天的泡菜最不适合食用，第12天后即可食用。

参考文献

［1］ 余志刚.20SiMn2MoVA钢氢脆断口的分析及消除［J］.理化检验（物理分册），2003，39（7）:338-340.

［2］ 李文成.机械装备失效分析［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

［3］ 姜锡山，赵晗.钢铁显微断口速查手册［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［4］ 潘海涛，沈永飞，李昊，等.车用酸洗钢制备及应用问题的研究现状［J］.机械制造，2016，54（11）:38-44.

［5］ 商红武，安茂忠，杨培霞.电镀过程中氢脆的产生及其抑制措施［J］.电镀与涂饰，2008，27（12）:4-7.

［6］ 庞兆夫，李文竹，黄磊.钢丝酸洗中氢脆的形成及预防措施［J］.鞍钢技术，2008（6）:25-28，32.

［7］ 张栋，钟培道，陶春虎.机械失效的实用分析［M］.北京：国防工业出版社，1997.

［8］ FEUER H，MARGALIT J.SOFCs-Too Hot to Handle［J］.American Ceramic Society Bulletin，2004，83（7）:12-15.

［9］ 宣晓东.高强度钢的表面防护及氢脆问题［J］.电镀与精饰，1998，20（3）:27-29.

［10］陈云华，张平，卢柳林.非金属夹杂物对钢制零件产品质量的 影 响 ［J］.理 化 检 验 （物 理 分 册 ），2005，41（11）：556-558，587.

［11］李树伟.60Mn环件断裂失效分析［J］.科技创新导报，2010（26）:118.