一、斷裂由壬狀態(tài)描述
由壬螺母于 2004 年7月開始使用，于 2006 年 12 月發(fā)生斷裂，如圖 1 所示。由壬型號(hào)相當(dāng)于 SY/T5211-2003 中的YR70-3，即最大工作壓力為 70MPa，公稱通徑為 76.2mm， 旋緊扭距為2400~3000 N·m。斷裂發(fā)生在梯形螺紋第三扣處，為橫向斷裂。

圖1

圖2
二、由壬斷口分析
斷口的宏觀形貌如圖3所示，宏觀形貌呈典型疲勞斷口形貌。斷口右側(cè)光滑，為裂紋擴(kuò)展區(qū)，左側(cè)粗糙為瞬斷區(qū)，裂紋源位于右邊耳附近內(nèi)螺紋第三扣處根部。在交變應(yīng)力的作用下，裂紋（光滑的斷面）不斷擴(kuò)展，直到斷面不足以承受壓力的作用而發(fā)生突然斷裂，斷口形貌清晰可見。

圖3 斷裂由壬的宏觀形貌
從斷裂的由壬上切取金相試樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)螺紋起始端根部至外圓有一條穿透裂紋，切割后螺紋的一部分已斷裂（如圖4和圖5所示）。將其從本體上取下，發(fā)現(xiàn)斷口呈光滑圓弧狀，也呈現(xiàn)疲勞斷口型貌。由于斷裂螺紋長(zhǎng)度僅有約40mm，因此可以推斷斷裂是其原始缺陷造成的，也就是說螺紋根部有原始的微裂紋，在交變應(yīng)力的作用下，裂紋不斷擴(kuò)展，直到穿透至外圓。
三、斷裂由壬材質(zhì)分析
1、化學(xué)成分
從由壬上取樣進(jìn)行材質(zhì)分析，測(cè)得的各元素含量列于表1。

圖4 螺紋跟部的斷裂

圖5 斷下的螺紋
表1接箍材質(zhì)的化學(xué)成分

從材質(zhì)來看，應(yīng)該是美國的鋼號(hào)4140，類似于國產(chǎn)的 40CrMnMo，P、S等有害元素?zé)o超標(biāo)現(xiàn)象。
2、金相組織
在失效由壬斷裂面附近取樣進(jìn)行金相分析，分別測(cè)量晶粒度和組織形貌。其中晶粒度評(píng)定按 GB/T 6394 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，顯微組織分析按 GB/T 13298 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。試驗(yàn)在 OLYMPUS 顯微鏡上觀察并攝取，結(jié)果見表2和圖4。
表2 金相分析結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)硬度值為HRC28。從圖6可以看出，晶粒均勻，晶粒度小，說明組織正常。

圖6 由壬金相組織
四、由壬斷裂原因分析
從圖 3 由壬的斷裂面可以看出，由壬完全斷裂快速突然，右側(cè)裂紋源區(qū)及擴(kuò)展源區(qū)顏色較深，說明裂紋是由裂紋源逐步擴(kuò)展生長(zhǎng)的，在交變載荷的作用下，擠壓形成光滑表面。裂紋擴(kuò)展到一定階段，不足以承受外力的作用時(shí)，突然發(fā)生脆性斷裂。斷口可見撕裂脊，其余部位比較平整，且斷裂后的表面呈現(xiàn)細(xì)瓷狀，為出脆性斷裂的特征。盡管斷下的螺紋不在由壬螺母斷裂部位，但可以證明由壬螺母的螺紋根部存在原始缺陷。
五、結(jié)論
由壬的化學(xué)成分、金相組織和硬度正常；螺紋根部的原始缺陷是由壬螺母斷裂的重要原因。