錨桿“空腔式”開裂分析

在實際應(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的絲部出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。為保證生產(chǎn)順利進行，以下對開裂試樣進行分析。
一、理化試驗結(jié)果
　　1.化學成分：在斷裂錨桿上隨機切取試樣進行成分化驗，其結(jié)果如表1，符合企業(yè)內(nèi)控標準。
　　2.低倍檢驗：將錨桿劈裂部位橫向剖開，其形狀如圖2，裂紋由中心向四周延伸，嚴重者中心部位形成“空腔”。
　　3.金相檢驗
　　3.1試樣顯微組織為鐵素體+珠光體，均為魏氏組織1.0級，裂紋內(nèi)及其附近無非金屬夾雜物聚集現(xiàn)象，裂紋兩側(cè)無脫碳層，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)，一輪在徑向進給過程中作同向旋轉(zhuǎn)，工件在滾絲輪帶動下旋轉(zhuǎn)，表面受成型擠壓形成螺紋，其受力如圖6所示。在滾絲過程中，桿體受到絲滾徑向壓力P擠壓，同時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩M。與之對應(yīng)在桿體內(nèi)部形成徑向、軸向、切向三個方向的內(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
　　第一強度理論認為，材料發(fā)生斷裂是由最大拉應(yīng)力引起，即最大拉應(yīng)力達到某一極限值時材料發(fā)生斷裂。如圖6所示，錨桿在滾絲過程中，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，其內(nèi)應(yīng)力就會超過材料的抗拉強度極限，首先在桿體中心形成裂紋，當桿體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并輪流在各個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，則加劇了開裂的進展。
　　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程的發(fā)展。