45钢六角螺母开裂失效

规格为D28×0.3的波形垫圈，垫圈的材料为60Si2Mn，表面氧化处理。垫圈安装时发生断裂。

13.8.1  试验过程与结果

   故障垫圈整个已断裂成几段，垫圈断裂部位均为垫圈的波峰和波谷部分，各断口均无明显塑性变形，呈脆性断裂特征，见图13-65。

图13-65断裂垫圈宏观形貌

扫描电镜微观形貌观察：裂纹起源于垫圈近表层，由外向内扩展，形成沿晶断裂，瞬断区有少量的剪切唇，并有少量韧窝，见图13-66、图1-67、图13-68。

扫描电镜能谱分析：对断口能谱分析结果，未发现有害致脆元素。

图13-66 垫圈断口形貌

图13-67  沿晶断裂和韧窝形貌

图13-68 剪切韧窝形貌

对断裂垫圈进行维氏硬度检测，检测结果依据GB/T 1172-1999标准转化成洛氏硬度，检测结果：

检测值580～586 HV5；转换检测值为51.1～52.5 HRC。

垫圈的实际硬度大部分超出了JB/T 7590-2005标准要求（标准值要求45～52HRC）。

显微组织检查，断裂垫圈的显微组织为回火屈氏体，表层无脱碳，见图13-69。

图13-69  回火屈氏体组织

13.8.2  分析与讨论

波形垫圈安装时处于压平状态，波形垫圈压平时的受力情况为波峰面受压应力，而另一面（波谷面）受拉应力。在拉应力作用下波谷面处容易成为裂源区，如果裂纹产生，裂纹在拉应力作用下就会快速扩展，使波形垫圈发生断裂。

裂纹源区周围无明显加工缺陷，断口平齐呈沿晶断裂，晶粒轮廓清晰，混合有撕裂棱和韧窝，无腐蚀产物和塑性变形。这些特征表明波形垫圈断裂为沿晶脆性断裂。

垫圈的实际硬度超过要求的上限规定，导致脆性增加，由于垫圈硬度偏高出现了脆性断裂。硬度超高的原因可能是回火温度偏低或回火时间过短。

垫圈硬度高于51.0HRC,而该垫圈未经电镀处理，断口未发现有害致脆元素，也无脆性相析出。说明垫圈沿晶脆性断裂与垫圈的硬度偏高有关,硬度高又与热处理工艺不当有关。

13.8.3  结论与启示

（1）垫圈的热处理工艺不当，造成垫圈的实际硬度超出技术要求，导致垫圈脆性断裂。

（2）制定合适的热处理工艺，将垫圈硬度控制在要求范围内，提高其使用可靠性，避免脆性断裂。

（3）采用合适的硬度测试方法，避免因硬度测试方法不当得到不对的硬度值而改变热处理生产工艺。因为，该波形垫圈产品标准中规定硬度要求为45～52HRC，而查阅硬度试验标准，发现GB/T230.1-2009《金属材料洛氏硬度试验方法》中规定HRC可测试试样的最小厚度约为0.96mm（按52.0HRC计算）。另外，GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验方法》中规定HV5可测试试样的最小厚度约为0.2 mm（按52.0HRC计算）, HV10可测试试样的最小厚度约为0.25 mm（按52.0HRC计算）。波形垫圈的名义厚度仅为0.3 mm，所以如果用HRC进行测量明显不符合硬度试验标准要求。零件厚度不足而被施加载荷相对很大，导致零件过度变形，必然使其检测的硬度值远低于零件的实际硬度，合理的硬度试验方法是选用HV5或更小载荷对零件硬度进行测定。