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CrMo钢-挤出螺杆用38CrMoAl合金钢的断裂原因与预防措施
作者:聚晋021-36511970     点击:2385     发布时间:2011-09-08

采用38CrMoAl钢制造注塑机挤出螺杆。一些制作好的螺杆,装机使用不久,发生断裂。据了解,该款规格注塑机挤出螺杆是定型的老产品。对其送检的断裂螺杆进行了检验。经了解,这根断裂螺杆经调质处理和最终的渗氮处理后,再经由钳工研磨或磨削、抛光处理,最后装配在产品---注塑机上。在该注塑机安装调试过程中,挤出螺杆发生断裂。该螺杆外型尺寸约28mm*1035mm,是变底径等螺距螺杆,动力输入端即花键端)直径最小,其最小根园直径约为18mm。观察该断裂螺杆发现,首先,断裂发生在危险截面上,即轴的根园直径极小值18mm处,断口大体上呈现塑性材料扭转断裂破坏的形貌特征,其基体垂直中心轴线处有明显的塑性变形痕迹。其次,该轴外表面大范围出现呈脆性材料扭转开裂破坏的形貌特征,开裂痕迹平行排列,大致与中心轴挤出螺杆用38CrMoAl制造,因该材料富含Al,而Al含量达一定数值时容易导致材料出现偏析现象和脱碳敏感。如果原材料带状偏析严重,常规热处理后其带状组织难以改善,而且热处理时带状组织会导致产生附加应力,从而增大淬火变形开裂倾向。本检验挤出螺杆的带状偏析尚不严重。一、硬度检验及化学成分检验1、硬度检验在HR150A型洛氏硬度计上测得断裂轴基体(心部)的硬度如下:22.5HRC,22.0HRC,22.5HRC,此数据显示基体(心部)硬度较低。在AkashiMVKH3显微维氏硬度计上测量离表面不同距离直到心部的硬度。可见,硬化层从表面向内部的硬度梯度分布比较平滑。2、化学成分检验化学成分如下,表明化学成份符合合金结构钢GB3077-88标准规范。母材化学成分:C:0.38   Si:0.36   Mn:0.54   Mo:0.18   Cr:1.53   Al:0.92   S:0.15   P0.018国标:C:0.35~0.42   Si:0.20~0.45   Mn:0.30~0.60   Mo:0.15~0.25   Cr:1.35~1.65 Al:0.70~1.10   S:0.15   P:0.0183、分析讨论及结论从以上常规的硬度检测、化学成分检测和金相分析可见,该材料成分符合标准规范,渗氮层组织无明显过热现象;但基体组织硬度偏低,而硬度与强度有一定的对应关系:即硬度低强度也相对偏低。从以上结果分析,该轴调质处理过程似有温度偏高现象。挤出螺杆经调质处理后精磨前需经表面渗氮处理,以提高表面硬度。由于该轴基体硬度低这样就使轴呈表面薄壳硬化状态。该轴呈脆性材料扭转开裂破坏的形貌特征,即螺杆表面裂纹大致平行排列且与中心轴线相交45度角。从而对该挤出螺杆受力情况的分析可知,螺杆除承受轴向压缩应力外,主要承受扭转扭矩作用,出料端所受扭矩最小。尽管挤出螺杆设计制造成变直径等螺距给我们对其受力分析带来影响,但还是可以近似地认为从出料端算起到螺旋线的另一端(近花键端),所受扭矩呈线性递增。因为最小根园直径很接近螺旋线的尽头,所以该处近似承受扭矩极大值。很自然在过载或螺杆强度不足的情况下,将首先在挤出螺杆危险截面处发生破坏。综合以上情况可得结论:挤出螺杆承受扭转扭矩作用而发生早期断裂,基体硬度低、强度不足是导致早期断裂失效的主要原因。造成基体硬度低有两方面的可能:一是设计硬度值太低:二是热处理工艺不当,调质的实际回火温度或后续渗氮的温度过高(设定过高或控制仪表误差)。
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