9SiCr搓丝板的崩牙分析

方其先  马新沛

(西安交通大学110049)

摘  要：通过金相及电镜断口观察。认为：球化质量不良。淬火加热温度高、保温时间长及回火温度低。是导致搓丝板崩牙的主要原因。采用低温短时加热、改进回火工艺可提高搓丝板的使用寿命。

主题词：搓丝板；脆断；热处理

某厂生产的M12～M18规格9SiCr搓丝板搓丝次数仅1000～2000次，甚至几百次便发生崩牙，与同类产品相比，寿命较低。为了提高搓丝板使用寿命，对损坏的搓丝板进行了失效分析。

1  搓丝板的受力分析

搓丝板由动、静两块组成(见图1)，工作时的受力情况见图2所示。

图1  搓丝板工作示意图                           图2  搓丝板受力示意图

正应力N--垂直于牙表面，它可分解为径向力

P和轴向力F

摩擦力f--平行于牙表面

若轴向力F1≠F2，将对牙产生一个弯矩，即搓丝板边部及工作螺纹两头的搓丝板位置就受到这种弯曲应力的作用，边部牙所受弯曲应力大小可表示为：

δ=QPS3^1/2/8L

式中Q--作用在螺纹全长上的径向力

S--工作螺距

L--工作螺纹全长

搓丝板工作时，所受弯曲应力约为100MPa。搓丝次数40～50次/min。

2  断口观察

图3为搓丝板崩牙宏观断口形貌。可见崩牙位于搓丝板的终止面和中部某一区域，其断口平整光亮，经复型后，在电镜下观察，为晶间断裂特征，见图4a。有的断口呈现出图4b所示的“摩擦痕迹”，它是在大的挤压应力作用下由于切变位移形成的一种疲劳断口。因此。搓丝板崩牙是由于弯曲应力和挤压应力引起的脆性断裂和低周次疲劳破坏。

图3  搓丝板的崩牙宏观断口形貌

(a)晶间断裂+准解理 5000×                                (b)摩擦痕迹 3000×

图4  崩牙断口的复型电镜照片

3  金相检验

取崩牙搓丝板和使用寿命较长的搓丝板试样，进行金相检验，结果表明:崩牙搓丝板淬火前原始组织球化不良，除碳化物形状不规则外，且有细片状珠光体存在，见图5。图6为其淬、回火组织。可见，马氏体粗大，未溶碳化物不均，且在原奥氏体晶界上呈断续状分布。经测定，其硬度为63～65HRC。

图5  崩牙搓丝板球化退火组织  600×               图6  崩牙搓丝板的淬、回火组织  1000×

4  结果分析

4.1 球化退火质量对搓丝板崩牙的影响

球化退火组织中碳化物不均匀时，细小的碳化物和细片状碳化物在淬火加热时溶解倾向大，增加马氏体的碳含量，易引起奥氏体晶粒粗化，使韧性降低。

粗大和形状不规则的碳化物会引起应力集中，易萌生裂纹，降低材料韧性。

4.2  淬、回火质t对搓丝板崩牙的影响

淬火温度高(或加热时间长)，不仅引起奥氏体晶粒粗化，增加马氏体中显微裂纹，也使马氏体碳含量提高，孪晶亚结构增加，从而使淬火搓丝板变脆。

回火不足、硬度值偏高也是引起搓丝板脆化产生崩牙的原因之一。

5  结论

搓丝板崩牙是由于球化退火质量不良，淬火加热温度偏高，回火不足引起的一种脆性断裂或低周次疲劳破坏。

6  改进措施

(1) 控制球化退火质量，使碳化物“圆”而“匀”。

(2) 采用较高温度预热+低温短时加热淬火工艺，使马氏体细小，马氏体碳含量降低，减少孪晶亚结构，提高搓丝板韧性。

(3) 适当提高回火温度，使回火后的硬度值控制在60～63HRC。