彈性鋼墊圈斷口裂紋失效分析
某彈性墊圈，材料65Mn，鍍鋅處理。墊圈在使用時發(fā)現(xiàn)斷裂失效，取斷裂墊圈4件和完好墊圈2件進行分析。
彈性墊圈斷裂件，斷裂為幾節(jié)，斷裂件宏觀形貌見圖12-10。
圖12-10 斷裂墊圈宏觀形貌
在所取斷裂彈性墊圈4件試樣中，取斷裂墊圈2件進行斷口分析。
4件斷裂墊圈取2件斷口分析后還有2件，把余下的2件斷裂墊圈和完好墊圈2件分別進行編號，編號為1、2、3、4號，編號后進行顯微硬度及顯微組織試驗比較。
（1）斷口宏觀與微觀形貌分析
對2件斷裂墊圈進行斷口宏觀與微觀形貌分析，2件斷裂墊圈的斷口形貌基本相同，宏觀與微觀檢查也基本相同。
斷口宏觀檢查：斷口低倍形貌無明顯塑形變形，存在放射狀條紋，可觀察到明顯晶界撕裂棱，屬脆性斷裂特征，沿放射狀條紋逆向可找到裂紋源（圖中所圈區(qū)域），見圖12-11。
圖12-11 宏觀斷口形貌
斷口掃描電鏡微觀檢查：掃描電鏡微觀斷口形貌為沿晶脆性解理斷裂,具有氫致沿晶開裂的典型特征，見圖12-12（a、b）、圖12-13（c、d、e）。
圖12-12中：(a) 顯示斷口沿材料晶界面發(fā)生斷裂，呈明顯沿晶斷裂特征，屬于脆性斷裂；
(b) 為局部放大圖，斷裂晶面上存在明顯解理臺階及河流狀花樣;
圖12-13中：(c) 為斷裂墊圈斷裂源微觀形貌；
(d) 能清晰地看到每個晶粒的多面體形貌，類似于冰糖塊的堆集，在高倍下可觀察到斷開晶面上存在發(fā)紋、雞爪紋及顯微孔洞；
(e) 箭頭所指，這是氫致沿晶開裂斷口的典型特征。
圖12-12（a、b） 斷口微觀形貌
圖12-13 (c、d、e)斷口微觀形貌
（2）顯微硬度檢查
對編號為1、2、3、4號樣品進行顯微硬度檢查，從截面中心開始每間隔0.5mm進行顯微硬度分布梯度測試。
顯微硬度檢查結果，顯微硬度分布基本均勻，顯微硬度375～450HV，其中3號表面略低一些，硬度梯度圖見12-14。
根據(jù)彈性墊圈技術要求，硬度標準范圍為380～480HV；硬度總體上處于技術要求中、下限范圍內(nèi)。
圖12-14 硬度梯度圖
（3） 顯微組織檢查
對1～4號試樣進行顯微組織檢查， (其中a為1號樣，b為2號樣，C為3號樣，d為4號樣)。
1～4號樣品組織無明顯區(qū)別，為回火屈氏體＋少量塊狀鐵素體，見圖12-15。
圖12-15 （a、b、c、d） 1～4號樣金相組織 500×
（4） 化學成分分析
對斷裂件進行化學成分分析，化學成分符合65Mn的技術要求。
（5）氫含量檢測
對斷裂件進行氫含量檢測, 螺栓氫含量為7.90ppm。
斷裂件化學成分結果符合65Mn的技術要求； 金相組織檢查，1～4號樣品組織無明顯區(qū)別，均為回火屈氏體＋少量塊狀鐵素體；斷裂件和完好件整體硬度都在技術要求中、下限范圍內(nèi)，說明該批產(chǎn)品材料和熱處理沒有問題。
斷裂件的氫含量檢測結果為7.90ppm，說明該批產(chǎn)品氫含量較高。該批產(chǎn)品鍍鋅處理，鍍鋅處理后要除氫，較高的氫含量反映了除氫不好。墊圈存在較高的氫含量，墊圈在使用過程中受到一定的應力作用，在應力作用下發(fā)生氫致脆性斷裂。
根據(jù)以上分析，可以得出如下結論與啟示：
(1) 墊圈斷裂失效的原因為氫致脆性斷裂。
(2) 由于墊圈除氫不充分，存在較高的氫含量，在工作應力作用下產(chǎn)生氫致脆性斷裂。
(3) 65Mn彈性墊圈最好不要鍍鋅處理，如果鍍鋅處理，一定要及時和采用較長時間的除氫。
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