錨桿“空腔式”開裂分析

在實際應用錨桿使用前應把表面橫肋壓平、滾絲后才能使用。有一批錨桿在滾絲時的絲部出現開裂的現象。為保證生產順利進行，以下對開裂試樣進行分析。
一、理化試驗結果
　　1.化學成分：在斷裂錨桿上隨機切取試樣進行成分化驗，其結果如表1，符合企業內控標準。
　　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，裂紋內及其附近無非金屬夾雜物聚集現象，裂紋兩側無脫碳層，試樣中心有碳偏析現象，顯微組織為網狀鐵素體+珠光體（圖4）。
　　4.尺寸檢查
　　經測量直徑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，大多數生產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，一輪在徑向進給過程中作同向旋轉，工件在滾絲輪帶動下旋轉，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，同時產生扭轉力矩M。與之對應在桿體內部形成徑向、軸向、切向三個方向的內應力，在桿體表面為壓應力，在大部分桿體截面上為拉應力且峰值在桿體中心，其疊加后的應力圖如圖7。
　　三、討論
　　第一強度理論認為，材料發生斷裂是由最大拉應力引起，即最大拉應力達到某一極限值時材料發生斷裂。如圖6所示，錨桿在滾絲過程中，桿體截面由于應力分布不均勻受三向拉伸應力，且峰值始終在中心區域（圖7），由于材料不圓度超差及絲滾間距調整不當，其內應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，當桿體繼續旋轉，并輪流在各個不同的直徑方向上施加應力的情況下，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、結論
　　1.錨桿是由于不圓度大及絲滾間隙調整不當而發生“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展。