錨桿“空腔式”開(kāi)裂分析

在實(shí)際應(yīng)用錨桿使用前應(yīng)把表面橫肋壓平、滾絲后才能使用。有一批錨桿在滾絲時(shí)的絲部出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。為保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，以下對(duì)開(kāi)裂試樣進(jìn)行分析。
一、理化試驗(yàn)結(jié)果
　　1.化學(xué)成分：在斷裂錨桿上隨機(jī)切取試樣進(jìn)行成分化驗(yàn)，其結(jié)果如表1，符合企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。
　　2.低倍檢驗(yàn)：將錨桿劈裂部位橫向剖開(kāi)，其形狀如圖2，裂紋由中心向四周延伸，嚴(yán)重者中心部位形成“空腔”。
　　3.金相檢驗(yàn)
　　3.1試樣顯微組織為鐵素體+珠光體，均為魏氏組織1.0級(jí)，裂紋內(nèi)及其附近無(wú)非金屬夾雜物聚集現(xiàn)象，裂紋兩側(cè)無(wú)脫碳層，試樣中心有碳偏析現(xiàn)象，顯微組織為網(wǎng)狀鐵素體+珠光體（圖4）。
　　4.尺寸檢查
　　經(jīng)測(cè)量直徑22的錨桿，壓圓后錨桿尺寸為：21.70 mm、21.74 mm、22.00 mm，不圓度：0.3mm。
　　二、生產(chǎn)過(guò)程分析
　　螺紋滾絲的加工方式分為徑向滾絲、切向滾絲和滾壓頭滾絲3種，大多數(shù)生產(chǎn)廠家多采用徑向擠壓的方式，其加工方式如圖5所示，一輪固定旋轉(zhuǎn)，一輪在徑向進(jìn)給過(guò)程中作同向旋轉(zhuǎn)，工件在滾絲輪帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，表面受成型擠壓形成螺紋，其受力如圖6所示。在滾絲過(guò)程中，桿體受到絲滾徑向壓力P擠壓，同時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩M。與之對(duì)應(yīng)在桿體內(nèi)部形成徑向、軸向、切向三個(gè)方向的內(nèi)應(yīng)力，在桿體表面為壓應(yīng)力，在大部分桿體截面上為拉應(yīng)力且峰值在桿體中心，其疊加后的應(yīng)力圖如圖7。
　　三、討論
　　第一強(qiáng)度理論認(rèn)為，材料發(fā)生斷裂是由最大拉應(yīng)力引起，即最大拉應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)材料發(fā)生斷裂。如圖6所示，錨桿在滾絲過(guò)程中，桿體截面由于應(yīng)力分布不均勻受三向拉伸應(yīng)力，且峰值始終在中心區(qū)域（圖7），由于材料不圓度超差及絲滾間距調(diào)整不當(dāng)，其內(nèi)應(yīng)力就會(huì)超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度極限，首先在桿體中心形成裂紋，當(dāng)桿體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并輪流在各個(gè)不同的直徑方向上施加應(yīng)力的情況下，形成“空腔”，造成脆性破斷，同時(shí)由于材料本身存在中心偏析及粗大的非金屬夾雜物，則加劇了開(kāi)裂的進(jìn)展。
　　四、結(jié)論
　　1.錨桿是由于不圓度大及絲滾間隙調(diào)整不當(dāng)而發(fā)生“空腔式”破裂。
　　2.錨桿存在中心偏析及粗大非金屬夾雜物加速了破裂過(guò)程的發(fā)展。