球墨铸铁大型钢圈失效分析报告

球墨铸铁应用较为广泛，与常规铸铁相比，有更优异的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐冲击、以及尺寸稳定性等。本文所描述产品为大型钢圈，直径约200cm，在组装过程中，约45度角跌落即发生了碎裂。

钢圈加工工序为：铸造、粗加工、调质、精加工，采用等离子切割U型安装口。产品图片及断口形貌见下图：

图1 样品实物照片及开裂位置

图2 断口清洁后宏观图片

根据产品失效情况，我们分别对产品硬度、金相等指标进行了分析检查结果如下：

样品前处理

一、硬度测试

结果分析：失效分析件表面硬度和心部硬度均正常，表面硬度和心部硬度无较大差别。

二、金相分析

图3 1#件裂纹附近表面显微组织未腐蚀100×

图4 1#件裂纹附近表面显微组织未腐蚀  100×

图5 1#件裂纹附近心部显微组织未腐蚀  100×

图6 1#件裂纹附近心部显微组织未腐蚀  100×

图7 1#件裂纹附近表面显微组织  100×

图8 1#件裂纹附近心部显微组织  100×

图9 1#件裂纹附近心部显微组织  500×

图10 1#件U形缺口部位表层显微组织  50×

图11 1#件U形缺口部位表层显微组织200×

图12 1#件U形缺口部位表层显微组织  500×

结果分析：钢圈显微组织如图3至图12所示。经过对比分析，分析结果如下：表面组织为珠光体+不规则的石墨+少量铁素体，有0.28mm左右的脱碳层（见图7）；心部组织为珠光体+不规则的石墨+少量碳化物+少量铁素体（图8-9），局部存在疏松（见图6右下角）。基材按GB/T 9441-2009评定级别为：球化率＜50%，石墨大小4级，珠光体＞95%。U形缺口部位金相组织为针状马氏体+不规则石墨+碳化物+残余奥氏体，组织分布不均匀，存在约1.2mm的淬火层，微观硬度达800HV3（图10-12）。

三、意见和解释

1、通过宏观观察样品，断裂位置位于U形缺口处，断面裂纹走向由缺口处向外圆呈河流状延伸，断口形貌为脆性断口；

2、钢圈石墨球化率过低、过大，长条状石墨易产生应力集中，当长条石墨靠近边缘时，易形成裂纹源；

3、钢圈热处理后切割U型缺口时导致表层淬火，此处硬度过高，与基体硬度存在极大硬度差，淬火应力并未能及时消除，当受外力时，淬火层首先开裂，由于基材球化率低，局部存在疏松，降低了材料韧性，导致裂纹快速扩张，产生脆性开裂。

4、建议改善铸造石墨大小及形态，并避免在调质后进行热加工。

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