圆钢拉拔断裂原因分析

■ 韩晓乾，刘 娟，马琳琳，王岳雷，孙秀英

φ20mm的45钢在拉拔过程中发生断裂现象，为找出该产品断裂原因，现对断裂试样及原材料进行断口观察、化学成分、显微组织、非金属夹杂物等检验，寻找其断裂原因。

1. 宏观形貌

宏观观察断裂样品，表面有擦伤痕迹，在擦伤痕迹上分布大量横向裂纹，形貌如图1所示。观察断裂样品断口平齐，根据断面纹路可判断裂纹源位于样品表面，指向表面的擦伤及横裂纹处，形貌如图2所示。

2. 化学成分分析

分别在原材料及拉拔断裂样品上取化学成分试样，采用瑞士ARL直读光谱仪进行化学成分分析，检测结果如表1所示。由表1检验结果可知，化学成分符合GB/T699—2015标准技术要求。

图1 实物形貌

图2 断口形貌

3. 力学性能

在原材料上取力学性能、冲击、布氏硬度试样进行检验，结果如表2所示。由表2检验结果可知，力学性能、冲击及布氏硬度符合GB/T699—2015标准技术要求。

4. 金相检测

在断裂源处取金相试样，沿试样纵向剖开，使用德国徕卡DMI5000M智能显微镜进行显微观察，试样表面横裂纹与试样表面呈约45°角向试样内部延伸，裂纹深0.55mm，长0.80mm，裂纹内及两侧未见非金属夹杂物存在，裂纹呈穿晶开裂，形貌如图3所示。用4%（体积分数）的硝酸酒精溶液侵蚀后，断裂源附近裂纹表面组织有严重的塑性变形，裂纹两侧无脱碳现象，组织形貌如图4所示，未出现擦伤及表面横裂纹部位组织未发现塑性变形，组织形貌如图5所示。基体组织为铁素体+珠光体，还有少量的魏氏组织存在，组织形貌如图6所示。

5. 分析

化学成分、力学性能均符合GB/T699—2015产品标准技术要求。

显微观察裂纹两侧未见非金属夹杂物及脱碳现象，除表面擦伤处外，其他部位表面组织未见异常，可排除原材料缺陷。样品表面擦伤处存在有横向裂纹，且裂纹与样品成45°角向基体内延伸，呈穿晶开裂。表面组织出现严重的塑性变形，严重增加了材料表面变形抗力。说明其在拉拔过程中出现严重问题。基体正常显微组织为铁素体+珠光体，检验发现有魏氏组织的存在，魏氏组织对材料的力学性能及冲击性能有严重影响，说明材料存在过高温加热及冷却过快现象。

表1 化学成分（质量分数）检测结果 （%）

表2 力学性能检验结果

图3 裂纹形貌（100×）

图4 裂纹组织形貌（100×）

图5 断裂源附近正常表面组织形貌（100×）

图6 φ32mm 原材料靠近中心组织形貌（100×）

6. 结语

圆钢拉拔断裂主要原因是由于试样在拉拔时局部摩擦严重，使组织产生严重塑性变形，增加了材料表面变形抗力，降低了材料表面的塑性，进而产生了裂纹，直至断裂。显微魏氏组织的存在对其力学性能、冲击性能也有一定影响。