45鋼六角螺母開裂失效
規(guī)格為D28×0.3的波形墊圈，墊圈的材料為60Si2Mn，表面氧化處理。墊圈安裝時(shí)發(fā)生斷裂。
13.8.1 試驗(yàn)過程與結(jié)果
故障墊圈整個(gè)已斷裂成幾段，墊圈斷裂部位均為墊圈的波峰和波谷部分，各斷口均無(wú)明顯塑性變形，呈脆性斷裂特征，見圖13-65。
圖13-65斷裂墊圈宏觀形貌
掃描電鏡微觀形貌觀察：裂紋起源于墊圈近表層，由外向內(nèi)擴(kuò)展，形成沿晶斷裂，瞬斷區(qū)有少量的剪切唇，并有少量韌窩，見圖13-66、圖1-67、圖13-68。
掃描電鏡能譜分析：對(duì)斷口能譜分析結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)有害致脆元素。
圖13-66 墊圈斷口形貌
圖13-67 沿晶斷裂和韌窩形貌
圖13-68 剪切韌窩形貌
對(duì)斷裂墊圈進(jìn)行維氏硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果依據(jù)GB/T 1172-1999標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化成洛氏硬度，檢測(cè)結(jié)果：
檢測(cè)值580～586 HV5；轉(zhuǎn)換檢測(cè)值為51.1～52.5 HRC。
墊圈的實(shí)際硬度大部分超出了JB/T 7590-2005標(biāo)準(zhǔn)要求（標(biāo)準(zhǔn)值要求45～52HRC）。
顯微組織檢查，斷裂墊圈的顯微組織為回火屈氏體，表層無(wú)脫碳，見圖13-69。
圖13-69 回火屈氏體組織
13.8.2 分析與討論
波形墊圈安裝時(shí)處于壓平狀態(tài)，波形墊圈壓平時(shí)的受力情況為波峰面受壓應(yīng)力，而另一面（波谷面）受拉應(yīng)力。在拉應(yīng)力作用下波谷面處容易成為裂源區(qū)，如果裂紋產(chǎn)生，裂紋在拉應(yīng)力作用下就會(huì)快速擴(kuò)展，使波形墊圈發(fā)生斷裂。
裂紋源區(qū)周圍無(wú)明顯加工缺陷，斷口平齊呈沿晶斷裂，晶粒輪廓清晰，混合有撕裂棱和韌窩，無(wú)腐蝕產(chǎn)物和塑性變形。這些特征表明波形墊圈斷裂為沿晶脆性斷裂。
墊圈的實(shí)際硬度超過要求的上限規(guī)定，導(dǎo)致脆性增加，由于墊圈硬度偏高出現(xiàn)了脆性斷裂。硬度超高的原因可能是回火溫度偏低或回火時(shí)間過短。
墊圈硬度高于51.0HRC,而該墊圈未經(jīng)電鍍處理，斷口未發(fā)現(xiàn)有害致脆元素，也無(wú)脆性相析出。說(shuō)明墊圈沿晶脆性斷裂與墊圈的硬度偏高有關(guān),硬度高又與熱處理工藝不當(dāng)有關(guān)。
13.8.3 結(jié)論與啟示
（1）墊圈的熱處理工藝不當(dāng)，造成墊圈的實(shí)際硬度超出技術(shù)要求，導(dǎo)致墊圈脆性斷裂。
（2）制定合適的熱處理工藝，將墊圈硬度控制在要求范圍內(nèi)，提高其使用可靠性，避免脆性斷裂。
（3）采用合適的硬度測(cè)試方法，避免因硬度測(cè)試方法不當(dāng)?shù)玫讲粚?duì)的硬度值而改變熱處理生產(chǎn)工藝。因?yàn)?，該波形墊圈產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定硬度要求為45～52HRC，而查閱硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)GB/T230.1-2009《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法》中規(guī)定HRC可測(cè)試試樣的最小厚度約為0.96mm（按52.0HRC計(jì)算）。另外，GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)方法》中規(guī)定HV5可測(cè)試試樣的最小厚度約為0.2 mm（按52.0HRC計(jì)算）, HV10可測(cè)試試樣的最小厚度約為0.25 mm（按52.0HRC計(jì)算）。波形墊圈的名義厚度僅為0.3 mm，所以如果用HRC進(jìn)行測(cè)量明顯不符合硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。零件厚度不足而被施加載荷相對(duì)很大，導(dǎo)致零件過度變形，必然使其檢測(cè)的硬度值遠(yuǎn)低于零件的實(shí)際硬度，合理的硬度試驗(yàn)方法是選用HV5或更小載荷對(duì)零件硬度進(jìn)行測(cè)定。
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