选材与处理不当导致的故障实例分析

事故描述：某工程使用的离心研磨设备上固定研磨罐的固定杆发生了断裂，导致了研磨罐飞出、撞坏设备的严重事故。断裂部位在固定杆的中间支头螺栓孔壁薄弱处，观察断裂口，可以看到材料缺乏韧性。

事故原因：固定杆原设计规定采用“锻造+表面淬火”工艺制作，材料为铬钼钢35CrMo（日本牌号SCM435），既保证了韧性又确保了强度，能够耐受交变载荷。但后来采购更换了固定杆的供应商，新的供应商仅根据图样标注的淬火硬度70HRC以上的要求，将材料换成45钢，线切割机械加工，整体淬火，导致零件韧性缺失，在交变载荷作用下，应力集中在薄弱处，发生机械疲劳而断裂。

问题分析：原设计材料为35CrMo，属于合金调质钢，具有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，抗拉强度≥980MPa，屈服强度≥835MPa，断后伸长率≥12%，断面收缩率≥45%，冲击韧度≥63J/cm²。生产时采用“锻造+表面淬火”工艺，锻造保证了零件材料纤维的连续性，以及质地的致密性，同时又相当于对零件进行了热处理，提高了零件的整体强度和韧性；表面淬火提高了零件表面的耐磨性，但又保持了零件心部的韧性。(www.xing528.com)

替代35GMo生产固定杆的整体淬火的45钢的力学性能为：抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥355MPa，断后伸长率≥16%，断面收缩率≥40%，冲击韧度≥39J/cm²。从力学性能上比较，45钢的抗拉强度和冲击韧性近似为35CrMo钢的一半；同时整体淬火硬度太高，大大增加了零件的脆性，特别是固定杆的中间支头螺栓孔壁薄弱处脆性更大。由此案例可以看到零件设计制造中正确选择材料和热处理、表面处理工艺的重要性。