MF釬桿沿用了國(guó)外的叫法，M=Male（雄性）、F=Female（雌性），特指一端外螺紋一端內(nèi)螺紋的釬桿，在我國(guó)通常稱為快速釬桿或快換釬桿。它是為適應(yīng)鉆鑿深孔和滿足機(jī)械化自動(dòng)加桿、減桿而設(shè)計(jì)，具有拆換方便、連接簡(jiǎn)便、能量損失少的優(yōu)點(diǎn)。但其加工復(fù)雜，成本較高。

經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的釬桿生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)世界其他國(guó)家的總和。即便是有幾十年歷史的國(guó)有釬桿制造企業(yè)，其產(chǎn)品的使用壽命與國(guó)外名牌釬桿仍然差距巨大，更何況大量的連基本的理化檢測(cè)、金相檢測(cè)手段都沒(méi)有的小廠產(chǎn)品。

露天液壓鑿巖鉆車(chē)是使用量最多的鑿巖鉆車(chē)種類，這種鉆車(chē)基本上采用履帶式行走機(jī)構(gòu)，單臂鉆鑿裝置，以隨車(chē)柴油機(jī)為動(dòng)力系統(tǒng)，提供液壓動(dòng)力和壓縮空氣。液壓露天鑿巖鉆車(chē)采用接桿式鑿巖釬具組，一般地，一組六支釬桿連接進(jìn)行鑿巖鉆孔。鉆車(chē)具有自動(dòng)更換釬桿機(jī)構(gòu)，能夠快速方便地裝卸釬桿。通常用壓縮空氣排出巖粉，鉆車(chē)自身配用吸塵設(shè)備。在大中型露天礦山開(kāi)采、采石料場(chǎng)、公路鐵路建設(shè)、水利水電建設(shè)工地，以及各種基礎(chǔ)建設(shè)施工項(xiàng)目中大量使用。

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外使用液壓鑿巖鉆車(chē)的數(shù)量在不斷增加，鉆車(chē)也在不斷升級(jí)，型號(hào)比較多，與之配套使用的釬桿規(guī)格也不少。在鉆鑿巖孔過(guò)程中，釬桿連接釬頭和釬尾，傳遞能量破碎巖石。這樣釬桿在不斷的鉆孔使用之后，就會(huì)出現(xiàn)各種形式的失效。失效形式主要有內(nèi)外螺紋磨損、外螺紋斷裂、內(nèi)螺紋縱向開(kāi)裂、桿體斷裂。這些不同形式的釬桿失效，將會(huì)造成釬頭或釬桿掉在巖孔里無(wú)法取出，導(dǎo)致廢孔和丟失釬頭，降低鑿巖作業(yè)的生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本，使液壓鉆車(chē)高效率的特點(diǎn)難以發(fā)揮出來(lái)。因此，本文選取常規(guī)使用的露天液壓鉆車(chē)ＭＦ釬桿的典型失效樣作為研究對(duì)象，進(jìn)行失效分析，查找造成ＭＦ釬桿失效的原因，為ＭＦ釬桿工藝的改進(jìn)提供依據(jù)，及鉆車(chē)操作人員規(guī)范使用釬桿，從而提高和發(fā)揮出露天液壓鉆車(chē)釬桿的性能和使用壽命。

１ 材料與方法

滲碳處理的ＭＦ釬桿材料為２３ＣｒＮｉ３Ｍｏ，選取典型的失效樣進(jìn)行分析，失效形式為外螺紋斷裂或開(kāi)裂、內(nèi)螺紋縱向開(kāi)裂或斷裂、桿體斷裂或開(kāi)裂。

對(duì)失效樣進(jìn)行宏觀斷口分析，運(yùn)用線切割機(jī)對(duì)失效樣進(jìn)行切割取樣，經(jīng)過(guò)粗磨、細(xì)磨、精磨、拋光制成金相試樣，用４％的硝酸酒精溶液浸蝕，使用ＶＨＥ－１０００Ｅ顯微鏡觀察和分析失效位置的顯微組織，用ＨＲＣ－１５０洛氏硬度計(jì)檢測(cè)試樣的硬度，酸洗處理失效樣，檢查失效部位的缺陷或裂紋。

２ 結(jié)果與分析

２．１ ＭＦ釬桿外螺紋開(kāi)裂或斷裂失效分析

２．１．１ 宏觀斷口分析

（１）１＃失效樣宏觀分析

圖１中，螺紋表面裂紋處燒蝕發(fā)黑，螺紋表面形成大量熔蝕坑，說(shuō)明使用時(shí)螺紋表面溫度過(guò)高，裂紋源點(diǎn)形成于螺紋表面，屬于疲勞斷裂擴(kuò)展開(kāi)裂。

▲圖1

（２）２＃失效樣宏觀分析

從斷口面疲勞裂紋擴(kuò)展弧線可知，裂紋源點(diǎn)形成于螺紋表面，且斷口面形成一個(gè)臺(tái)階，可見(jiàn)兩個(gè)疲勞源區(qū)域，斷裂螺紋表面與端面車(chē)刀痕尚存，說(shuō)明使用時(shí)間不長(zhǎng)，該失效樣屬于雙源早期疲勞斷裂，如圖２所示。

▲圖2

２．１．２ 檢驗(yàn)分析

（１）試樣硬度

▲表1 試樣硬度

（２）１＃失效樣微觀斷口分析

外螺紋表面疲勞裂紋源區(qū)，熔蝕坑上形成裂紋，以及滲層組織轉(zhuǎn)變，形成１５５μｍ白亮層組織。

▲圖3

（３）２＃失效樣微觀斷口分析

斷口外表面疲勞裂紋源區(qū)，外表面可見(jiàn)兩條裂紋從表面向基體擴(kuò)展延伸，長(zhǎng)度分別為１０３μｍ、９８８μｍ，滲層可見(jiàn)較多尖角塊狀碳化物。

▲圖4 微觀斷口分析

２．２ ＭＦ釬桿桿體斷裂失效分析

２．２．１ 宏觀斷口分析

（１）１＃失效樣宏觀分析

沿著桿體橫向裂紋擴(kuò)展方向切?。玻担恚砹鸭y兩側(cè)試樣，桿體外表面裂紋處嚴(yán)重機(jī)械損傷與磨損，形成密密麻麻的凹坑，裂紋兩側(cè)試樣疲勞裂紋源點(diǎn)形成于外表面較深凹坑處，屬于疲勞裂紋擴(kuò)展開(kāi)裂。

▲圖5

（２）２＃失效樣宏觀分析

桿體斷裂失效樣的斷口面裂紋源點(diǎn)形成于外表面，可見(jiàn)疲勞裂紋擴(kuò)展弧線帶，屬于疲勞斷裂。裂紋源點(diǎn)處外表面，沿軋制方向存在帶狀“龜裂”面分布缺陷，如圖６所示。

▲圖6

２．２．２ 檢驗(yàn)分析

（１）試樣硬度

▲表2 試樣硬度

（２）１＃失效樣微觀斷口分析

桿體外表面疲勞裂紋源區(qū)，外表面嚴(yán)重機(jī)械損傷處形成白亮層組織，白亮層深度６００μｍ，顯微硬度ＨＶ７１０.５，硬度高，脆性大。

▲圖7

（３）２＃失效樣微觀斷口分析

外表面“龜裂”處為深度５０μｍ細(xì)小缺陷，滲層顯微組織無(wú)異常。

▲圖8

２．３ ＭＦ釬桿內(nèi)螺紋縱向開(kāi)裂或斷裂的失效分析

２．３．１ 宏觀斷口分析

（１）１＃失效樣宏觀斷口分析

失效樣為內(nèi)螺紋端縱向開(kāi)裂，沿著內(nèi)螺紋端縱向裂紋擴(kuò)展方向切取３５ｍｍ裂紋兩側(cè)試樣，疲勞裂紋源點(diǎn)在距離內(nèi)螺紋端面第一扣螺紋表面上，屬于疲勞開(kāi)裂失效。內(nèi)螺紋（Ｔ型螺紋）嚴(yán)重磨損，基本上磨平，說(shuō)明使用時(shí)間不短，螺紋表面上分布嚴(yán)重磨痕、燒蝕面、熔蝕坑及裂紋（見(jiàn)圖９與圖１０）。

▲圖9

▲圖10

（２）２＃失效樣宏觀斷口分析

內(nèi)螺紋疲勞斷裂，裂紋源點(diǎn)形成于高溫熔蝕坑，內(nèi)螺紋波谷面上分布有熔蝕坑。

▲圖11

２．３．２ 檢驗(yàn)分析

（１）試樣硬度

▲表3 試樣硬度

斷口面燒蝕坑裂紋源區(qū)，螺紋波谷面高溫?zé)g坑組織，以及蝕坑上裂紋擴(kuò)展到基體，深度為７９０μｍ，白亮層顯微硬度ＨＶ＝７３０.３～７６５.０。

▲圖13

３ 討論

（１）在釬桿鑿巖過(guò)程中，內(nèi)外螺紋連接時(shí)使用潤(rùn)滑油，對(duì)內(nèi)外螺紋起到潤(rùn)滑減磨、冷卻降溫、清洗清潔、防銹防蝕、減震、應(yīng)力分散緩沖等作用，以減少內(nèi)外螺紋表層的燒蝕和磨損。避免內(nèi)外螺紋過(guò)早失效。而且鉆車(chē)操作人員要愛(ài)護(hù)釬桿，避免表面嚴(yán)重機(jī)械損傷和磨損，表面外傷一旦形成，對(duì)于高強(qiáng)度Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ鋼滲碳工件來(lái)說(shuō)是致命的。

（２）在表面質(zhì)量控制上，加強(qiáng)坯料磨削扒皮處理，盡可能清理坯料表面缺陷，又不產(chǎn)生新的過(guò)熱或過(guò)燒缺陷，保證中空鋼材表面質(zhì)量。最好使用車(chē)削扒皮方式，較為徹底地去除表面缺陷。

（３）在熱處理和機(jī)加工質(zhì)量方面采取有效保障措施，熱處理質(zhì)量方面應(yīng)控制馬氏體、殘余奧氏體和網(wǎng)狀碳化物的級(jí)別，表面滲層到基體的硬度合理分布。而機(jī)加工質(zhì)量應(yīng)控制內(nèi)外螺紋配合公差，避免裝卸困難，以及表面粗糙度要達(dá)到要求，且避免出現(xiàn)嚴(yán)重刀痕。

（４）釬桿內(nèi)螺紋鍛造質(zhì)量問(wèn)題（鍛造裂紋、鍛后組織不良、外觀缺陷）是造成內(nèi)螺紋失效的因素，因此，不能出現(xiàn)鍛造裂紋、過(guò)熱、過(guò)燒、折疊等質(zhì)量問(wèn)題。

（５）ＭＦ釬桿使用質(zhì)量問(wèn)題，ＭＦ釬桿以內(nèi)外螺紋連接使用，在使用過(guò)程中，隨著內(nèi)外螺紋的逐漸磨損，內(nèi)外螺紋的配合間隙逐步增大，在拉壓應(yīng)力的作用下內(nèi)外螺紋發(fā)生“串動(dòng)”，內(nèi)外螺紋接觸面摩擦生熱加劇，以及鑿巖進(jìn)程中遇到“硬質(zhì)點(diǎn)”、“卡釬”與“別釬”，造成內(nèi)外螺紋接觸處瞬間受力過(guò)大。同時(shí)，當(dāng)卸釬遇到困難時(shí)，鉆車(chē)操作人員通常都會(huì)啟動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行釬桿“空打”，使得內(nèi)外螺紋連接處松動(dòng)，這樣會(huì)造成釬桿的損傷。

綜上所述，生產(chǎn)質(zhì)量和使用質(zhì)量是決定ＭＦ釬桿使用壽命的關(guān)鍵。因此，在ＭＦ釬桿生產(chǎn)制造過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制釬桿原材料的冶煉和軋制質(zhì)量，機(jī)加工和熱處理質(zhì)量。此外，釬桿粗放式的使用，會(huì)造成機(jī)械損傷，導(dǎo)致釬桿迅速失效。

４ 結(jié)論

（１）在ＭＦ釬桿鑿巖使用過(guò)程中，壓縮空氣排粉，內(nèi)外螺紋表面溫度容易升高，螺紋表面易形成燒蝕面和熔蝕坑，以及滲層組織網(wǎng)狀碳化物，這些是造成釬桿螺紋失效的因素。

（２）ＭＦ釬桿桿體原材料表面缺陷和使用造成的機(jī)械損傷導(dǎo)致桿體失效。

（３）ＭＦ釬桿應(yīng)具有良好的生產(chǎn)質(zhì)量，才能獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，同時(shí)鉆車(chē)操作人員規(guī)范使用釬桿，才能更好地發(fā)揮出釬桿的性能，進(jìn)而獲得高的使用壽命。