АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ БОЛТА ЦИЛИНДРА ИЗ 40ХФА Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 343.148.63

Б01: 10.24412/2071-6168-2024-4-361 -362

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ БОЛТА ЦИЛИНДРА ИЗ 40ХФА

Е.А. Тарасов

Анализ разрушения болта цилиндра из 40ХФА был проведен с помощью анализа химических компонентов, испытания на растяжение, металлографического испытания и наблюдения за морфологией разрушения. Был выявлен хрупкий перелом. Трещина была в основном межкристаллитной и распространялась до разрушения. Результаты показывают, что это водородно-индуцированный отсроченный перелом.

Ключевые слова: автомобиль, сталь, цилиндр.

Материал сломанных болтов цилиндров, которые использовались на автомобилях, был 40ХФА. Когда машина проехала более 1000 километров, было обнаружено, что болт сломался. Перелом был растрескан в хвостовой части болта без резьбы. При этом не было пластической деформации, поэтому было выявлено хрупкое разрушение. Производственный процесс включал в себя холодную ковку, термическую обработку, испытание на твердость, шлифовку, дефектоскопию, накатку резьбы, воронение и испытание готовой продукции. Макрофотографии сломанных болтов представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Макро-фото болта

Металлографические исследования. С помощью металлографического микроскопа была исследована микроструктуру болта, как показано на рисунке 2 и 3. Микроструктура болта в неповрежденном сечении и сечении трещины была полностью закаленным сорбитом. В результате исследований не была обнаружена аномальной микроструктуры. На краю излома наблюдалась вторичная трещина вдоль границы зерна.

Рис. 2. Микроструктура болта (неповрежденное сечение)

Рис 3. Микроструктура болта (сечение растрескивания)

Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 4

Анализ трещин. С помощью сканирующего электронного микроскопа исследовали внешний вид микроскопического излома, как показано на рисунке 4. На большой площади можно было наблюдать кристаллографические особенности. Вдоль кристаллографической поверхности виден «след куриного когтя», который отвечает характеристикам водородно-индуцированного замедленного разрушения. Микроскопическая морфология зоны окончательного разрыва - это ямочка.

Рис. 4. Микрофотографии перелома (начало и окончательный перелом)

Обсуждение. Всесторонний анализ сломанных цилиндрических болтов позволил установить, что химический состав и механические свойства соответствуют всем предъявляемым требованиям. При осмотре трещины можно было обнаружить кристаллографические особенности на большой площади. Вдоль кристаллографической поверхности виден "след куриного когтя", что соответствует признакам замедленного разрушения, вызванного водородом. Атомы водорода могут проникать в заготовку во время плавки, травления, нанесения гальванических покрытий, сварки и т.д.. Понятно, что есть два звена, в которые должен проникать водород. Одно из них - тушение, другое - посинение. В первом случае используется метаноловая среда для предотвращения обезуглероживания при термообработке. А затем охлаждение после испарения метанола. Метанол может подвергаться термическому разложению с образованием монооксида углерода и водорода. Другой случай - протравливание ржавчины на поверхности болтов перед посинением. Болты вступали в реакцию с кислотой с образованием водорода. Водород проникал в болты с диффузией и агрегацией. Затем из-за напряжения, вызванного водородом, произошло замедленное разрушение.

Заключение. Результаты анализа показали, что химический состав и механические свойства материала соответствуют всем требованиям.

Трещина в основном межкристаллитная, на изломе виден "след куриного когтя".

Результаты комплексного анализа показывают, что это замедленное разрушение, вызванное водородом.

Список литературы

1. Герасимова Я.П., Ежов А.А., Маресев М.И. Изломы конструкционных сталей: Справочник. М.: Металлургия, 1987. 272 с.

2. Дефекты стали. Справочник / Под ред. С.М. Новокщеновой, М.И. Винограда. М.: Металлургия 1984.

199 с.

3. Барахтин Б.К., Немец А.М., Калинкин И.П. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения. СПб: Профессионал, 2006. 487 с.

4. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна / Под ред. А. Г. Рахштадта. М.: Интермет Инжиниринг, 2004. Т. 1. 2004. 687 с.

Тарасов Евгений Александрович, канд. техн. наук, доцент, 382652@mail. ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет

ANALYSIS OF THE PROCESS OF DESTRUCTION OF A 40XFA CYLINDER BOLT

E.A. Tarasov

The fracture analysis of the 40XFA cylinder bolt was carried out using chemical component analysis, tensile testing, metallographic testing and observation of fracture morphology. A fragile fracture was revealed. The crack was mainly intercrystalline and spread until it collapsed. The results show that this is a hydrogen-induced delayed fracture. Key words: car, steel, cylinder.

Tarasov Evgeny Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, 382652@mail. ru, Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University