0Cr12Mn5Ni4Mo3Al是我国开发的一种新型半奥氏体型和节镍控制相变沉淀硬化不锈钢，该牌号在固溶状态下组织为奥氏体，具有良好的韧性及加工成形性能，经过适当冷变形、冷处理以及时效后，组织转变为马氏体+沉淀强化相，可获得很高的强度。该牌号由于其具有高强度、优良的耐蚀性，在航空、航天等行业得到了广泛应用，被用于生产各类紧固件。

本文针对某批材料为0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢、内孔直径为3mm的波形弹性垫圈，在装配后发现多件存在断裂现象，因此对断裂件进行断口、力学性能和显微组织分析，并与完好件人工断口比对分析等，查找断裂原因。

一、分析过程及结果

1.1 断口分析

对断裂件进行宏观和微观断口分析，断口形貌如图1所示。

图1  断口宏观形貌和微观形貌

图1显示了波形垫圈的断裂特征。断裂部位在垫圈中部，呈对半断裂特征，断口边缘擦伤较为严重。裂纹源区位于垫圈表层，断面较为粗糙，呈纤维状特征。裂纹源区呈黑色疏松状，能谱分析氧元素含量较高，扩展区与瞬断区主要以韧窝为主。

对该批未断裂件垫圈进行人工打断，观察其断口形貌，如图2所示。断口均为韧窝特征，韧窝呈拉长形貌，表层无黑色疏松层。

图2  人工打断断口形貌

1.2 力学性能验证

对断裂件及完好件进行硬度检测，结果见表1。断裂件与完好件硬度值较为接近，仅相差9HV。

表1  维氏硬度试验结果    （HV）

对同批次完好件，依据垫圈技术条件要求进行弹性试验，结果见表2。由表2可见，试验结果均符合技术条件要求。

表2  弹性试验结果

1.3 金相检查

对断裂件及完好件进行金相检验，具体结果如图3所示。

a）断裂件（500×）   b）完好件（500×）

图3  显微组织对比

由图3可知，断裂件与完好件组织相同，均为马氏体+残留奥氏体+沉淀相，未发现过热、过烧等冶金缺陷。

1.4 完好件外观观察

对同批次剩余完好件进行外观观察，24件中发现1件在变形波峰处存在微观裂纹，说明该批垫圈表面存在原始裂纹，具体裂纹形貌如图4所示。

图4  完好垫圈裂纹形貌（45×）

二、分析与讨论

通过对断裂件断口分析，断口主要呈韧窝形貌，裂纹源位于表层，裂纹向内部延伸；显微组织为马氏体+残留奥氏体+沉淀相，未发现过热、过烧现象；通过观察同批完好件外观形貌，发现24件中有1件存在裂纹，且裂纹延伸方向垂直于垫圈内外圆。

波形弹性垫圈加工工艺流程为备料（冷轧态）→冲裁成形→热处理→碱煮→滚光→表面处理→包装，由于该垫圈原材料为冷轧态，0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢冷作硬化倾向大，在冲裁成形过程中，个别件在最大变形处（波峰或波谷）产生表面微裂纹，在热处理过程中微裂纹表面被氧化。在装配过程中裂纹受拉伸作用力而扩展，装配后受持久作用力，裂纹进一步扩展直至断裂。

三、结束语

该批波形弹性垫圈，在安装后检查中发现断裂：

1）断裂形式为韧性过载断裂。

2）由于原材料为冷轧态，强度较高，垫圈在冲裁成形时，在变形最大处（波峰或波谷）形成裂纹。

3）建议适当降低原材料强度，并优化垫圈冲裁工艺，合理设置弯折参数。