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液压缸在高频感应加热炉热处理后为何会出现断裂?改进的方法都有哪些呢?

信息来源:感应加热炉厂家    2020-4-4 10:19:26      点击:

液压缸是油田钻采设备的重要零件,其材料为45钢。液压缸在油田钻采现场作业服役条件恶劣,冬季环境温度冷至一30℃左右。因此,液压缸除要求高强度、高韧性指标外,还要求工件低温冲击韧度较高。生产中发现,某多级液压缸在-30℃服役中发生突然断裂失效。活塞损坏正处于产品升级过渡阶段,液压缸加工为冷轧后通过高频感应加热炉热处理后供货。

失效液压缸宏观检验发现,断口位于一、二级缸套螺纹联接部位,螺纹部分已破坏,发现多处尖角,断口未见明显塑性变形,断面为结晶状,呈典型脆性断裂特征。高频感应加热炉热处理后,观察工件发现,外螺纹端部裂纹从根部处沿缸套周向开裂,长约45mm,而后裂纹沿缸套纵向扩展,并贯穿整个螺纹部分。此外一侧螺纹处发生明显变形,有几扣螺纹顶端被刮起,破坏严重。从断裂液压缸金相检验可以看出,缸套组织为珠光体+网状铁素体,晶粒度为2 - 3 级,尺寸为100 -200从m,晶粒度明显粗大,技术要求规定,晶粒度等级应优于5级。工件材料的抗冲击断裂性能低劣。通过工件断口处扫描电镜观察可以看出,断口微观形貌呈典型河流状花样,属解理断裂特征;在某些区域,可观察到晶间开裂形貌。这表明工件断裂部位区域塑性和韧性低下。

分析认为,断裂缸套晶粒粗大,其冲击韧度很差,这是工件发生断裂的根本原因。晶粒粗大是由于钢管冷轧后高频感应加热炉热处理温度过高造成的。另外,在液压缸螺纹部位一侧出现变形,另一侧螺纹完好,说明工件工作中受到偏载应力作用。此外,液压缸工作于-30℃环境是工件断裂的直接原因,这是因为工件-20aC以下的冲击吸收功很低,仅有2.5J。相关资料介绍,工件材料冲击吸收功<20J时,往往发生脆断破坏。除此以外,液压缸工作处于升级过渡期,工件载荷不稳定,相当于给工件增加了冲击载荷,加大了工件断裂失效的隐患。在液压缸晶粒粗大、冲击韧度低的情况下,加上工件在-30℃低温下服役,其冲击吸收功很低,同时受到偏载和升级期载荷不稳定作用,造成外螺纹根部应力集中,产生裂纹并扩展,在弯矩应力作用下,裂纹穿透整个螺纹段使工件发生断裂破坏失效。

根据以上分析,提出防止措施如下:(1)加强对工件原材料质量检验及控制。(2)增加冲击韧度和晶粒度检验,要求-20℃时,工件冲击吸收功≤20J。(3)严格控制和检验高频感应加热炉加热质量,加热后晶粒度>5级,以保证工件性能稳定。生产中采用上述措施后,液压缸质量优良并且稳定,经长期运行未发现工件裂纹断裂现象,各项性能指标均达到技术要求,生产运行良好。