45#钢管断裂原因分析目录1.引言 (1)1.1 45#钢简介 (1)1.1.1 物理参数 (1)1.1.2 化学成分 (1)1.1.4 钢的热处理简介 (1)1.1.5 热处理后力学性能标准 (3)1.2 钢管主要生产工艺 (3)1.3材料的断裂失效 (4)1.3.1 断裂简介 (4)1.3.2 断裂的类型及断口特征 (4)1.3.3 韧性断裂与脆性断裂 (4)1.3.4穿晶（晶界）断裂与沿晶断裂 (5)1.3.5剪切断裂和解理断裂 (5)2 .实验内容 (7)2.1试验样品及仪器 (7)2.1.1试验样品 (7)2.1.2试剂及药品 (7)2.1.3 实验仪器 (8)2.2 实验过程 (8)2.2.1 金相及硬度检测 (8)2.2.1.1金相试样的线切割制备 (8)2.2.1.2金相试样的粗磨及抛光 (9)2.2.1.3腐蚀 (9)2.2.1.4金相检测 (9)2.2.1.5硬度检测 (9)2.2.2 断裂试样的扫描检测 (10)2.2.2.1断面预处理 (10)2.2.2.2试样断口扫描 (10)3实验结果分析与讨论 (11)3.1断口形貌分析 (11)3.2金相组织分析 (12)3.3硬度分析 (13)结论 (15)参考文献 .................................................................... 错误!未定义书签。

45#钢管断裂原因分析1.引言1.1 45#钢简介45号钢，是GB中的叫法，JIS中称为：S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN 称为：C45 。

国内常叫45号钢，也有叫“油钢”。

一般，市场现货热轧居多。

冷轧规格1.0至4.0mm之间1.1.1 物理参数1.1.2 化学成分除Fe之外，其他元素及含量如下1.1.4 钢的热处理简介45#钢为优质碳素结构钢，含C量为0.45%，属中碳钢，其优点是硬度不高但易于切削加工，缺点是淬火性能不好，所以如果需要表面硬度较高，又希望发挥45#刚优越的机械性能，常将45#钢作调质（先850℃正火，再840℃淬火加600℃回火处理）加表面淬火（加热温度视情况而定，约860℃左右进行淬火）处理，而不是渗碳加淬火，这样虽然前者获得的表面耐磨性比后者稍低，但保证了其芯部耐冲击的性能。

加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线)以上30~50℃，保温一段时间后，却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。

另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。

对于形状复杂的重要锻件，在正火后还需进行高温回火（550-650℃）高温回火的目的在于消除正火冷却时产生的应力，提高韧性和塑性。

钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。

常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。

正火是将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。

正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。

正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。

故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。

大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。

一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。

45#钢为优质碳素结构钢，含C量为0.45%，属中碳钢，其优点是硬度不高但易于切削加工，缺点是淬火性能不好，所以如果需要表面硬度较高，又希望发挥45#刚优越的机械性能，常将45#钢作调质（先850℃正火，再840℃淬火加600℃回火处理）加表面淬火（加热温度视情况而定，约860℃左右进行淬火）处理，而不是渗碳加淬火，这样虽然前者获得的表面耐磨性比后者稍低，但保证了其芯部耐冲击的性能1.1.5 热处理后力学性能标准1.2 钢管主要生产工艺无缝钢管的生产方法，大致分为斜轧法（孟内斯曼法）和挤压法。

斜轧法（孟内斯曼法）是先用斜轧辊将管坏穿孔，然后用轧机将其延伸。

这种方法生产速度快，但对管坯的可加工性要求较高，主要适用于生产碳素钢和低合金钢管。

挤压法则是用穿孔机将管坯或钢锭穿孔，再用挤压机挤压成钢管，这种方法比斜轧法效率低，适用于生产高强度合金钢管。

斜轧法和挤压法都必须先将管坯或钢锭加热，生产的钢管称为热轧管。

用热加工法生产的钢管有时候可根据需要再进行冷加工。

冷加工有两种方法：一种是冷拔法，就是将钢管通过拔管模拉拔，使钢管逐渐变细、伸长；另一种方法是冷轧法，它是将孟内斯曼兄弟发明的热轧机应用于冷加工中的方法。

无缝钢管的冷加工，可以进步钢管的尺寸精度和加工光洁度，改善材质的机械性能等。

无缝化钢管（热轧钢管）的生产工艺钢管的无缝化主要是通过张力减径来完成的，张力减径过程是空心母材不带芯棒的连续轧制过程。

在保证母管焊接质量的条件下，焊管张力减径工艺是将焊管整体加热到950摄氏度以上，再经张力减径机（张力减径机共有24道次）轧制成各种外径与壁厚的成品管，采用此工艺所生产的热轧钢管与普通的高频焊管有本质的区别通过加热炉加热后其焊缝与母体的金相组织和机械性能可以达到完全一致此外，通过多道次的张力减径机轧制和自动控制使得钢管的尺寸精度(尤其是管体圆度和壁厚精度)优于同类无缝管。

世界发达国家生产的流体管，锅炉管中已大量采用焊管无缝化工艺，随着社会的发展，国内热轧焊管逐步代替无缝管的局面已经形成1.3材料的断裂失效1.3.1 断裂简介固体材料在力的作用下分成若干部分的现象称为断裂。

材料的断裂是力对材料作用的最终结果，它意味着材料的彻底失效。

研究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断裂的力学条件，以及影响材料断裂的各种因素不仅具有重要的科学意义，而且也有很大的使用价值。

1.3.2 断裂的类型及断口特征材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与拓展两个阶段。

由于材料品类的不同，及引起断裂的条件各异，材料断裂的机理与特征也并不相同，若按照断裂前与断裂过程中材料的宏观塑性变形的程度，可以把断裂分为脆性断裂与韧性断裂；按照晶体材料断裂和裂纹拓展的途径，分为穿晶断裂和沿晶断裂；按照微观断裂机理，分为解理断裂和剪切断裂；按照作用力的性质还可分为正断和切断等。

材料的断裂表面成为断口，用肉眼、放大镜或电子显微镜等手段对材料断口进行宏观及微观的观察分析，以了解材料发生断裂的原因、条件、断裂机理以及与断裂有关的各种信息的方法，称为断口分析法。

1.3.3 韧性断裂与脆性断裂韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。

韧性断裂时一般裂纹拓展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能。

断口用肉眼或放大镜观察时，往往呈暗灰色，纤维状。

纤维状是塑性变形过程中，众多微细裂纹的不断拓展和相互连接造成的，而暗灰色则是纤维断口表面对光的反射能力很弱所致。

其形貌如图1。

脆性断裂是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，表现为快速断裂过程。

其断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。

其形貌如图2。

图1 图2图3 图41.3.4穿晶（晶界）断裂与沿晶断裂对于晶体材料，发生断裂时裂纹拓展的路径分为穿晶和沿晶多数为脆性断裂。

1.3.5剪切断裂和解理断裂剪切断裂与解理断裂是两种不同的微观断裂方式，是材料断裂的两种重要微观机理。

剪切断裂。

剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。

某些纯金属尤其是单晶体金属可产生纯剪切断裂，其断口呈锋利的楔形；大单晶体的纯剪切断口上，用肉眼就可观察到很多直线状的滑移痕迹。

对于多晶体，由于晶粒间的相互约束，位错沿着相互交叉的滑移面移动，从而在微观断口上呈现出“蛇形滑动”花样。

随变形度的加剧，蛇形滑动花样平滑化，形成“涟波”花样，变形再继续增加，涟波花样进一步平滑化，而在断口上留下无特征的平坦面，称为“延伸区”。

剪切断裂的另一种形式为微孔聚集型断裂。

其断口在宏观上常呈现暗灰色、纤维状，微观断口特征花样则是端口分布大量“韧窝”。

微孔聚集断裂过程包括微孔形核、长大、聚合直至断裂。

一般来说，其实微孔的尺寸主要取决于杂质物或第二项质点的大小和他们间的距离，以及金属材料本身塑性的好坏。

若塑形相同，质点间距减小，则韧窝尺寸和深度都减小。

在相同质点间距下，塑性好的材料韧窝深。

在三向应力作用下，韧窝呈等轴状，而在切应力作用下，常呈椭圆形或抛物线形。

韧窝形貌见图3。

解理断裂。

在正应力作用下，由于原子间结合力破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。

实际解理断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的。

这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

解理裂纹的拓展往往是沿着晶面指数相同的一族相互平行，但位于“不同高度”的晶面进行的。

不同高度的解理面之间存在台阶，众多台阶的汇合便形成河流花样。

解理台阶、河流花样和舌状花样是解理断口的基本微观特征。

如图4.2 .实验内容分析钢管断裂的原因，首先要通过观察断裂面的微观形貌特征来判定断裂的种类，再从钢管组织入手，观察组织形貌，即45#钢中铁素体及渗碳体组织多少及分布，找到断裂原因。

再辅以硬度检测，以证明断裂分析结论的准确性。

2.1试验样品及仪器2.1.1试验样品45#钢管断裂试样2.1.2试剂及药品实验所用的试剂原料如下表所示。

表2.1实验中使用的试剂Table 2.1 The reagent used in experiment2.1.3 实验仪器表2.2 实验中使用的仪器设备仪器名称厂家DK7725电火花线切割机苏州普光机电有限公司电火花线切割机控制机苏州普光机电有限公司JSM-6380LV扫描电子显微镜日本电子PG-1金相试样抛光机上海金相机械设备有限公司MDJ系列金相显微镜重庆奥特光学仪器有限责任公司Axio Scope A1 pol 偏光显微镜北京普瑞塞斯仪器有限公司MHV2000型数显显微硬度计上海材料试验机厂KQ2200B型超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司2.2 实验过程2.2.1 金相及硬度检测2.2.1.1金相试样的线切割制备先将断裂钢管加持在DK7725电火花线切割机上，再输入操作程序，紧丝，对边并定中心，然后运行线切割机，得到粗加工的待测试样。

如图图52.2.1.2金相试样的粗磨及抛光将切割好的试样，选取垂直于钢管断裂面的一侧表面依次用800目、1200目、2000目的砂纸打磨，至表面光滑，再在PG-1金相试样抛光机上抛光，至表面光亮若镜面，在偏光显微镜下观察，没有划痕。

图7为所制样品。

图7 图82.2.1.3腐蚀取无水乙醇5ml,浓硝酸95毫升，混合，至均匀，配制体积分数为5%硝酸酒精溶液。