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国检检测|弹性钢垫圈断口裂纹失效分析

某弹性垫圈 ， 材料65Mn ， 镀锌处理 。 垫圈在使用时发现断裂失效 ， 取断裂垫圈4件和完好垫圈2件进行分析 。
弹性垫圈断裂件 ， 断裂为几节 ， 断裂件宏观形貌见图12-10 。
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图12-10断裂垫圈宏观形貌
在所取断裂弹性垫圈4件试样中 ， 取断裂垫圈2件进行断口分析 。
4件断裂垫圈取2件断口分析后还有2件 ， 把余下的2件断裂垫圈和完好垫圈2件分别进行编号 ， 编号为1、2、3、4号 ， 编号后进行显微硬度及显微组织试验比较 。
（1）断口宏观与微观形貌分析
对2件断裂垫圈进行断口宏观与微观形貌分析 ， 2件断裂垫圈的断口形貌基本相同 ， 宏观与微观检查也基本相同 。
断口宏观检查：断口低倍形貌无明显塑形变形 ， 存在放射状条纹 ， 可观察到明显晶界撕裂棱 ， 属脆性断裂特征 ， 沿放射状条纹逆向可找到裂纹源（图中所圈区域） ， 见图12-11 。
图12-11宏观断口形貌
断口扫描电镜微观检查：扫描电镜微观断口形貌为沿晶脆性解理断裂,具有氢致沿晶开裂的典型特征 ， 见图12-12（a、b）、图12-13（c、d、e） 。
图12-12中：(a)显示断口沿材料晶界面发生断裂 ， 呈明显沿晶断裂特征 ， 属于脆性断裂；
(b)为局部放大图 ， 断裂晶面上存在明显解理台阶及河流状花样;
图12-13中：(c)为断裂垫圈断裂源微观形貌；
(d)能清晰地看到每个晶粒的多面体形貌 ， 类似于冰糖块的堆集 ， 在高倍下可观察到断开晶面上存在发纹、鸡爪纹及显微孔洞；
(e)箭头所指 ， 这是氢致沿晶开裂断口的典型特征 。
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图12-12（a、b）断口微观形貌
图12-13(c、d、e)断口微观形貌
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（2）显微硬度检查
对编号为1、2、3、4号样品进行显微硬度检查 ， 从截面中心开始每间隔0.5mm进行显微硬度分布梯度测试 。
显微硬度检查结果 ， 显微硬度分布基本均匀 ， 显微硬度375～450HV ， 其中3号表面略低一些 ， 硬度梯度图见12-14 。
根据弹性垫圈技术要求 ， 硬度标准范围为380～480HV；硬度总体上处于技术要求中、下限范围内 。
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图12-14硬度梯度图
（3）显微组织检查
【国检检测|弹性钢垫圈断口裂纹失效分析】对1～4号试样进行显微组织检查 ， (其中a为1号样 ， b为2号样 ， C为3号样 ， d为4号样) 。
1～4号样品组织无明显区别 ， 为回火屈氏体＋少量块状铁素体 ， 见图12-15 。
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图12-15（a、b、c、d）1～4号样金相组织500×
（4）化学成分分析
对断裂件进行化学成分分析 ， 化学成分符合65Mn的技术要求 。
（5）氢含量检测
对断裂件进行氢含量检测,螺栓氢含量为7.90ppm 。
断裂件化学成分结果符合65Mn的技术要求；金相组织检查 ， 1～4号样品组织无明显区别 ， 均为回火屈氏体＋少量块状铁素体；断裂件和完好件整体硬度都在技术要求中、下限范围内 ， 说明该批产品材料和热处理没有问题 。
断裂件的氢含量检测结果为7.90ppm ， 说明该批产品氢含量较高 。 该批产品镀锌处理 ， 镀锌处理后要除氢 ， 较高的氢含量反映了除氢不好 。 垫圈存在较高的氢含量 ， 垫圈在使用过程中受到一定的应力作用 ， 在应力作用下发生氢致脆性断裂 。


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