预应力锚具用夹片开裂分析

锚索具主要应用于桥梁、高层建筑、铁路、公路等预应力混凝土结构，起到张拉钢绞线作用，对产品安全系数有较高的要求，每批次产品出厂均进行拉伸试验，其中一批次产品在拉伸试验过程中发现夹片开裂，青岛丰东测试中心根据客户要求，对开裂夹片进行了失效分析。

样品名称为工具锚用夹片，采用20MnCr5渗碳处理，裂纹位置位于齿牙根部，见下图

图1  1#样品实物照片及开裂位置

我们根据产品失效情况，对产品热处理指标、化学成分、晶粒度等项目进行了针对性分析。

样品检验前处理方法

一、硬度测试

结果分析：失效件表面硬度和心部硬度均为此材料较正常的处理结果，未见明显异常

二、淬硬层深度

结果分析：失效件淬硬层深度符合技术要求，螺纹根部略微比外圆浅，是正常的现象。

三、化学成分

结果分析：失效件化学成分符合标准要求。

四、金相组织

图2  1#件螺纹根部表面显微组织  100×

图3  1#件螺纹根部表面显微组织  100×

图4  1#件螺纹根部裂纹表面显微组织  500×

图5  1#件螺纹根部裂纹表面显微组织  500×

图6  1#件心部显微组织  500×

图7  1#件心部晶粒度  100×

结果分析：1#显微组织如图2至图7所示。经过对比分析，结果如下：表面组织为马氏体3级+残余奥氏体1级（图2-5），心部组织1级（图6），心部晶粒度6级（图7）。裂纹切割基体组织延伸，裂纹两侧组织一致无脱碳，说明裂纹是热处理后拉伸时产生。表面组织和心部组织均为正常的渗碳淬火组织，未见异常粗大组织，表面渗碳残余奥氏体较少，心部晶粒度6级略微偏粗。

五、分析结论

1、经过对失效夹片进行分析，样品的化学成分、淬硬层深度、金相组织等未发现标存在异常，符合正常的渗碳淬火特征；

2、产品心部平均晶粒度为6级，一般细小的晶粒，可改善产品的冲击韧性；

3、裂纹处金相组织未见脱碳和夹杂等异常，多条微裂纹在螺纹根部平行贯穿硬化层。综合判断工具锚夹片是在使用过程中因受力导致脆性开裂。

4、开裂的工具锚夹片是在使用过程中局部受力过大导致，可能跟产品的设计结构存在一定关系，建议适当降低薄壁处的齿牙高度，或增加壁厚，改善与配合零件的间隙，使产品内外壁均匀分散受力。