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水压机夹钳臂断裂原因的分析探讨

浦红，程志远，李奕

(马鞍山钢铁股份有限公司)

摘 要：对ZG35II夹钳臂进行解剖分析，判断其失效原因。夹钳臂晶粒粗大，为沿晶韧窝型断裂，晶界上有大量细小的硫化物析出，存在魏氏组织。不良的组织状态是导致夹钳臂断裂的主要原因。晶粒粗大和晶界上硫化物的析出，表明该工件可能存在锻造过热情况。锻造过热使材料机械性能变差，并无法通过后续的热处理消除。

关 键 词：过热；魏氏组织；沿晶韧窝型断裂

0 前言

某厂水压机夹钳臂新更换了两个月就发生断裂，材质为ZG35II。为查找工件失效原因，委托笔者进行检验分析。ZG35是以前老标准中GB979-1967《碳素钢铸件》的牌号，相当于新标准GB/T11352-2009《一般工程用铸造碳钢件》中的ZG270-500牌号。

1 概况

失效夹钳臂机械图纸见图1，失效部位如图1中箭头所示。夹钳臂上有两处裂纹，一处裂纹已经完全贯穿，另一处裂纹只贯穿一半。采用人工法将另一处断口打开，取下一段长约70mm的试块进行检验分析，送检试块宏观形貌见图2。断口面上沾满了油污，裂纹完全贯穿的断口呈红褐色(形貌见图3)，裂纹只贯穿一半的断口的老断口呈黑褐色，新断口呈亮白的金属色，两处断口均属于石状断口，呈现粗晶断裂特征。

2 检验结果

2.1 化学成分

夹钳臂取样进行化学成分光谱分析，其化学成分符合GB/T11352-2009《一般工程用铸造碳钢件》ZG270-500牌号要求，检验结果表1。

2.2 低倍检验

夹钳臂断面低倍组织见图4。检验面上无孔洞和裂纹等铸态缺陷。

2.3 力学性能

在断口附近取样进行金属夏比(缺口)冲击试验和断面布氏硬度试验，检验结果见表2。

夹钳臂冲击吸收功仅为7.5J和8.5J，远低于GB/T11352-2009标准要求(≥27J)。布氏硬度平均值为113，硬度值偏低。

2.4 断口分析

在完全贯穿的裂纹处和贯穿一半的裂纹处各取一件断口试样，编号分别为2#和7#。断口主要属于沿晶韧窝型断裂+少量准解理断裂，断口宏观和微观形貌分别见图5和图6。沿晶韧窝型断裂的韧窝内可见非金属夹杂，见图7。

2.5 金相缺陷分析

在断口处(试样编号：2#和7#)和正常处(试样编号：10#)取样进行金相检验分析。

10#、2#和7#试样基体晶粒非常粗大，晶粒度为-1级。显微组织均为铁素体+珠光体+三次渗碳体，见图8。在铁素体晶界上分布着大量非金属夹杂，部分晶界上还可见微裂纹，夹杂主要是硫化物，形貌及其成分见图9～图11和表3。断口处可见裂纹，显微组织同基体，微裂纹和显微组织见图12和图13。

3 分析讨论[1，2]

夹钳臂化学成分符合标准要求。

夹钳臂机械性能不符合标准要求，冲击性能不合格，材料硬度偏软。

夹钳臂失效断裂属于沿晶韧窝性断裂，晶粒度为-1级(依据GB/T6394评定)。夹钳臂晶粒非常粗大，存在魏氏组织。晶界上有大量细小的硫化物析出，材料晶间结合力减弱。材料发生脆断与其不良的组织状态有关。

魏氏组织的出现使钢的强度、塑性和韧性都大幅降低。钢中的魏氏组织一般可以通过热处理(正火)手段来加以矫正。当锻件由于炉温过高，除了出现过热的组织特征之外，还产生了硫化物在冷却时沿晶界再析出，这种过热为稳定过热或锻造过热，就无法通过正火处理再消除。因为已经过热的成形锻件，不可能也不允许再次加热到锻造温度并通过再度变形来改善硫化物的分布形态。硫化物沿晶界析出破坏了材料晶间结合力，导致晶间脆性增加，使工件发生断裂。

4 结语

1)夹钳臂晶粒粗大，存在魏氏组织、晶界上有大量细小的硫化物析出，材料晶间结合力减弱。材料发生脆断与其不良的组织状态有关。

2)晶粒粗大和晶界上硫化物的析出，表明该工件可能存在锻造过热情况。材料发生锻造过热会使其机械性能变差，并无法通过后续的热处理消除。

参 考 文 献

[1]   上海市机械制造工艺研究所编写组.金相分析技术.上海：上海科学技术文献出版社，1987：241-246.2王晓虹等.ZG270-500铸钢吊具断裂分析.金属热处理.2009，34(9)：96-98.