錨桿的斷裂分析

　　礦用樹脂錨桿（簡稱錨桿）是當代煤礦巷道支護的最基本的組成部分，為保障煤礦的安全生產具有重要的意義。某煤礦在進行巷道加固過程中，錨桿突然斷裂。通過對斷裂的錨桿進行宏觀斷口、微觀組織及力學性能分析，找出了斷裂的主要原因，為錨桿生產工藝的改進與煤礦的安全生產提供了參考依據。
　　1、錨桿的生產過程
　　礦用樹脂錨桿就是以無縱肋螺紋鋼為毛坯，通過下料、縮頸、滾絲等工序來完成，其中縮頸即是錨桿在外力作用下沿軸向通過模具孔將錨桿橫肋搓平的一種加工方式，有利于下一工序的滾絲加工，滾絲是將橫肋搓平的光圓桿體用滾絲機擠壓成型。圖1為成品錨桿實物。圖2為斷裂后的錨桿。
　　2、宏觀斷口檢驗
　　錨桿斷裂位置在縮頸后未進行滾絲的光圓桿體部位（圖2），觀察試樣橫截面斷口（圖3），放射條紋呈扇形貫穿整個橫截面，其收斂處有一平坦的斷裂面，位于變形后的橫肋部位，此處即是斷裂源；整個斷口周圍無宏觀塑性變形，屬于脆性斷裂。
　　3、力學性能試驗
　　將斷開的未經加工的桿體制成拉伸試樣，按照GB/T228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》進行拉伸試驗，按照GB/T229—2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》制成標準沖擊試樣進行沖擊試驗，其結果如下表。由試驗結果可以看出原始材料的性能良好。
　　4、金相組織檢驗
　　取斷裂部位的金相試樣進行觀察。斷裂源部位無非金屬夾雜物，試樣原始金相組織為塊狀鐵素體+珠光體（圖4），斷裂源部位的組織為變形的纖維狀的鐵素體+珠光體（圖5）。將拉伸試驗后的試樣斷口取樣觀察其顯微組織為變形的鐵素體+珠光體（圖6）。通過比較我們發現斷裂源部位組織變形程度遠大于拉伸后斷口組織的變形，說明錨桿在加工過程中收到了強烈的軸向摩擦力所致。
　　5、分析
　　通過檢驗，錨桿力學性能均滿足要求，顯微組織良好，無軋制時產生的過熱組織，無導致錨桿產生脆斷的原始缺陷。通過分析斷裂部位斷裂源組織的變形狀況，說明材料在加工過程中由于受到了軸向摩擦力而變形過度，導致脆斷，這是因為在金屬材料的塑性變形中，當冷加工產生塑性變形時，不但其外形發生了變化，其內部的晶粒形狀也會發生變化，晶粒沿受力方向被拉長。隨著金屬內部組織的變化，金屬的力學性能也將產生明顯的改變，即隨著變形程度的增大，金屬的強度、硬度上升，塑性、韌性下降，產生加工硬化現象，造成材料局部性能惡化。由此我們推斷錨桿生產廠家所使用的錨桿縮頸模具孔較小，從而使錨桿肋部變形過大。通過走訪錨桿加工廠家，客戶向我們證實了該批錨桿所用模具為新模具，內孔較小，由于生產經驗不足從而導致質量問題。
　　結論
　　1）錨桿原始組織與力學性能良好，滿足標準要求
　　2）生產廠家所使用的模具內孔較小使錨桿肋部變形過度，增大了冷作硬化的危害而導致錨桿脆性斷裂。