【求助：泵轴断裂问题】

Genius

【求助：泵轴断裂问题】如题：Φ130mm的除磷泵（工业泵）泵轴在使用了约5个月后发生断裂，断裂位置为存在R5mm的一个卡环槽。泵轴材质为1Cr13Ni2马氏体不锈钢（非标），热处理工艺：850℃×3h均温→1050℃×3.5h油淬（250℃以下出油空冷）→680℃×4h油冷（250℃以下出油空冷）。技术要求：抗拉强度≥790MPa，屈服强度≥550，伸长率≥12，收缩率≥30，冲击功≥50，硬度HRC24~28。

目前对断轴进行泵体取样：（按GB/T2975进行取样）三拉六冲。试验结果：抗拉强度1170~1200MPa,屈服强度约为1065MPa，伸长率6~9%，收缩率12~17%，冲击功15~20J，硬度HRC36~38（冲击试块试验前进行的硬度测试）。另外，断轴表面硬度约24~28HRC；断轴断口硬度分布情况：从心部到距表面10mm的区域内基本均在37~38HRC。【异常】

金相试验腐蚀剂为：氯化高铁盐酸水溶液。金相组织出现异常，晶界非常明显，且被腐蚀剂宽度厚；同时我想确认晶粒组织是否为马氏体（或者回火马氏体）。

低倍分析，存在一定数量非金属夹杂物，但不严重（见金相）。

根据目前的情况，个人认为由于断轴本体金相晶界被腐蚀液严重腐蚀，很有可能回火温度不合适（比如在400~500℃范围内），导致晶界铬的碳化物析出，从而导致晶界腐蚀（另外，是否为过热金相组织）。而且强度和硬度都很高，但塑性和韧性超低，这也不吻合调质处理的性能指标。

光谱分析，材质确为1Cr13Ni2。

请各位老师、前辈、专家和同行不吝赐教，谈谈您们的看法和意见。

fengyonghe

我希望大家发言一定把那么多白色斑点解释清楚，若是污染造成的可以清洗，否则，这个故障就是延迟氢脆。整个断面那么平坦，哪里有疲劳的痕迹？

你可以另打一个断口看看有没有白点！

oliver

感觉你这个组织象过热组织。

Cr13型马氏体不锈钢在高温加热时会析出δ-铁素体（比如1Cr13型超过1050°C）。冷却时这个δ-铁素体转变为碳化物和奥氏体的共析体，称δ-共析体（氯化高铁盐酸水溶液腐蚀后呈黑色）。出现δ-共析体及晶粒粗大，表示有过热，容易开裂。
你也提到，感觉晶粒粗大。建议加热温度降50°C试试看。
以下图片是Cr13型不锈钢过热组织（网状δ共析体）：

Genius

fengyonghe 发表于 2015-12-17 00:59
我早就说过要对白点进行清洗看是不是污染，这张图应该早点发上来。结果还是白色白点和颗粒结构。颗粒结构 ...

感谢你的参与，O(∩_∩)O谢谢

fengyonghe

估计是材料的化学成分有问题导致沿晶出现析出相。

Genius

fengyonghe 发表于 2015-12-11 00:55
估计是材料的化学成分有问题导致沿晶出现析出相。

O(∩_∩)O谢谢！化学成分是用的光谱分析做的，未发现有明显问题。至于是否存在成分（晶界）偏析，厂里手段有限，无法确定。

cnszgong

如果周在旋转时发生断裂，那么瞬断区怎么会出现在轴的外圆周面上？而且瞬断区相对轴（断口）面积很小？

fengyonghe

断面上大量白色斑点如果不是污染，即可肯定是氢脆。断裂源没有疲劳特征

MYG

晶界黑色组织，下贝？屈氏体？

hunk2142

热处理炉温？                  

热处理技师

应力集中导致的开裂  。。。

xw550823189

有零件示意图提供下最好！并指出断裂位置。

slgxm

楼主认为失效件的实际回火温度可能不是680度? 硬度和强度指标是高了。、
既然您都找到断裂源了，那么从断裂源入手分析即可
晶界粗大，可能是工件长时间在高温条件下使用，氮化铬之类的析出了

slgxm

望楼主能上传后续分析结果

yanglianjin123

圆棒从心部至表面材料硬度逐渐减小37-28HRC，而表面硬度并没有有多大的改变，材料的强度增加但延伸和面缩降低了，可以确定以下几个问题吗？1.材料的使用温度是多少？
                                                      2.材料的取样部位在发货前和这次断裂后的位置是不是都一样。
                                                      3.材料组织呈现明显的位相（组织图片看的不是很清楚）。
                                                      4.晶界上有明显的粗化，推断出应该有碳化物或其他化合物析出所致，由于析出的原因导致材料的强度增加而塑性降低。
                                                      5.材料的局部强度增加，塑性变差导致最终材料出现缺陷，最终导致断裂，该材质我们经常生产，建议改进你们的调质工艺。
                                                      6.以上是个人在生产中的一点经验，仅供大家参考。

510355098

是否是回火时间不足了，硬度心部高？

Genius

cnszgong 发表于 2015-12-11 18:01
如果周在旋转时发生断裂，那么瞬断区怎么会出现在轴的外圆周面上？而且瞬断区相对轴（断口）面积很小？

这个面积很小，会不会是由于名义应力较小，就会出现这种情况？另外，前辈您的看法如何，还请不吝赐教。

Genius

fengyonghe 发表于 2015-12-11 18:12
断面上大量白色斑点如果不是污染，即可肯定是氢脆。断裂源没有疲劳特征

我想请教，疲劳特征在宏观断口中是否基本都是基于贝纹线（或海滩线）的特征来判断的，如果是，那么我想问，从断口看，是否隐约能 见到疲劳贝纹线？另外，请教总工，还有没有其他判定疲劳 特征方法（宏观特征）。

Genius

热处理技师 发表于 2015-12-12 09:45
应力集中导致的开裂  。。。

有这种可能，因为断裂处为R5的一个卡环槽。而且个人觉得从断口裂纹的扩展形貌（弧线刚开始还比较弯曲，后面很快就趋直，再后来就反向了）也支持这种可能。

Genius

slgxm 发表于 2015-12-12 12:35
望楼主能上传后续分析结果

经验分享，共同进步！一定

Genius

MYG 发表于 2015-12-11 18:26
晶界黑色组织，下贝？屈氏体？

形貌上看很像，但是在Cr13型马氏体不锈钢中，较少听说出现这种组织。

Genius

510355098 发表于 2015-12-12 14:45
是否是回火时间不足了，硬度心部高？

断轴表面硬度约24~28HRC；断轴断口硬度分布情况：从心部到距表面10mm的区域内基本均在37~38HRC。【异常】这也是一点困扰我的一个因素。我解释不通：如果没有回火的话，表面硬度又很软；如果说回过火，除表面外基本都在37HRC左右；（这里要说一下，是性能热处理后在进行精加工，后面还要定一次性，然后再精磨）。基体确实也是马氏体；性能、硬度均能够吻合。

另外，请教您一个问题，回火时间不够，会不会出现表面软，基体硬的现象？

两湖两广两河山

1 从断口观察，系多源疲劳断裂。材料的化学成分等如同一楼所检测的，应没有异常。
2 疲劳裂源位于“R5mm的卡环槽”根部一侧。但从图片上看不出圆角有R5（明显小于R5）人为制造了应力集中的位置。
3 “1Cr13Ni2马氏体不锈钢（非标），热处理工艺：850℃×3h均温→1050℃×3.5h油淬（250℃以下出油空冷）→680℃×4h油冷（250℃以下出油空冷）”。在1050℃的保温时间偏长，致使晶粒变粗，且在工况下接触到化学物质，对晶界的抗蚀性能和抗疲劳性能不利。