活塞杆断口微观检查 失效分析测试

失效样品为活塞杆，样品材料为30CrMnSiA，规格型号H4204-19，样品工作介质为YH-15液压油，正常工作过程中温度为常温。样品在正常工作中是轴向受力，个别情况下会周向受力，此产品在此前发生过断裂。

1.断口宏观检查

     通过对试样的断口观查，发现断裂发生在螺纹根部，见图4，断口未见明显的塑性变形，断面较平整，呈现明显的放射状疲劳条纹，属于疲劳断裂，裂纹沿着圆周扩散，根据疲劳纹的位置和扩散走向，可知裂纹源位于外侧边缘，见图3。

2、断口微观检查（扫描电镜）

对样品的断口进行微观检查，对裂纹源、扩散区和瞬断区的检测结果如下：

如图5-8所示，裂纹源与扩散区均为解理断口形貌，因断口油污污染较严重，清洗效果不够理想，掩盖了一些形貌特征，但在高倍观察下，仍能发现在裂纹源和扩散区域有疲劳条纹，见图6和图8红色圈内。

如图9-10所示，在瞬断区出现了韧窝，瞬断区为典型的准解理形貌特征。

3.化学成分分析

检测失效样品检测化学成分，对其按GB/T3077-2015《合金结构钢》中的牌号30CrMnSiA进行判定，检测结果见下表，其元素符合标准的要求。

4.金相组织检验

检测的断口位置的金相组织，组织为板条状低碳马氏体，整个截面组织均匀，断口表面和芯部基本一致，未见异常。

在试样端部螺纹（距离断口约5个齿）的根部也发现了开裂现象，见图13。

5.硬度检测

对断口位置截面进行硬度检测，测试位置见图4，从外壁到内壁硬度检测结果见下表，检测结果表明截面硬度均匀。

6.失效原因讨论分析

通过化学成分检测可知，样品的化学成分符合标准的要求。

   通过金相和硬度检测可知，样品断口位置金相组织和硬度均匀，未发现有异常组织。

通过对样品表面观察，可知断裂发生在螺纹齿底处，在金相检测时，发现在样品端部的螺纹根部也有裂纹形成，说明螺纹齿底作为应力集中的地方，易引发裂纹产生。

   通过宏观和微观检测，可知断口表面有明显的疲劳纹，属疲劳断裂，根据疲劳纹的位置和走向，可知裂纹起源于样品表面，沿着圆周方向扩撒，直至断裂。  

6.

试件的化学成分符合相关技术要求，内部的金相组织和硬度也未见明显异常。

裂纹属于疲劳开裂，起源于试样表面螺纹的根部，在轴向和周向应力的共同作用下，在应力集中的螺纹根部引发裂纹，并沿样品圆周方向，即试样受力方向扩散，直到Zui终发生断裂。