露天液压凿岩钻车用MF钎杆的失效分析
露天液压凿岩钻车是使用量最多的凿岩钻车种类，这种钻车基本上采用履带式行走机构，单臂钻凿装置，以随车柴油机为动力系统，提供液压动力和压缩空气。液压露天凿岩钻车采用接杆式凿岩钎具组，一般地，一组六支钎杆连接进行凿岩钻孔。钻车具有自动更换钎杆机构，能够快速方便地装卸钎杆。通常用压缩空气排出岩粉，钻车自身配用吸尘设备。在大中型露天矿山开采、采石料场、公路铁路建设、水利水电建设工地，以及各种基础建设施工项目中大量使用。
伴随着经济的发展，科技的进步，国内外使用液压凿岩钻车的数量在不断增加，钻车也在不断升级，型号比较多，与之配套使用的钎杆规格也不少。在钻凿岩孔过程中，钎杆连接钎头和钎尾，传递能量破碎岩石。这样钎杆在不断的钻孔使用之后，就会出现各种形式的失效。失效形式主要有内外螺纹磨损、外螺纹断裂、内螺纹纵向开裂、杆体断裂。这些不同形式的钎杆失效，将会造成钎头或钎杆掉在岩孔里无法取出，导致废孔和丢失钎头，降低凿岩作业的生产效率，增加生产成本，使液压钻车高效率的特点难以发挥出来。因此，本文选取常规使用的露天液压钻车ＭＦ钎杆的典型失效样作为研究对象，进行失效分析，查找造成ＭＦ钎杆失效的原因，为ＭＦ钎杆工艺的改进提供依据，及钻车操作人员规范使用钎杆，从而提高和发挥出露天液压钻车钎杆的性能和使用寿命。
１ 材料与方法
渗碳处理的ＭＦ钎杆材料为２３ＣｒＮｉ３Ｍｏ，选取典型的失效样进行分析，失效形式为外螺纹断裂或开裂、内螺纹纵向开裂或断裂、杆体断裂或开裂。
对失效样进行宏观断口分析，运用线切割机对失效样进行切割取样，经过粗磨、细磨、精磨、抛光制成金相试样，用４％的硝酸酒精溶液浸蚀，使用ＶＨＥ－１０００Ｅ显微镜观察和分析失效位置的显微组织，用ＨＲＣ－１５０洛氏硬度计检测试样的硬度，酸洗处理失效样，检查失效部位的缺陷或裂纹。
２ 结果与分析
２．１ ＭＦ钎杆外螺纹开裂或断裂失效分析
２．１．１ 宏观断口分析
（１）１＃失效样宏观分析
图１中，螺纹表面裂纹处烧蚀发黑，螺纹表面形成大量熔蚀坑，说明使用时螺纹表面温度过高，裂纹源点形成于螺纹表面，属于疲劳断裂扩展开裂。
（２）２＃失效样宏观分析
从断口面疲劳裂纹扩展弧线可知，裂纹源点形成于螺纹表面，且断口面形成一个台阶，可见两个疲劳源区域，断裂螺纹表面与端面车刀痕尚存，说明使用时间不长，该失效样属于双源早期疲劳断裂，如图２所示。
２．１．２ 检验分析
（１）试样硬度
（２）１＃失效样微观断口分析
外螺纹表面疲劳裂纹源区，熔蚀坑上形成裂纹，以及渗层组织转变，形成１５５μｍ白亮层组织。
（３）２＃失效样微观断口分析
断口外表面疲劳裂纹源区，外表面可见两条裂纹从表面向基体扩展延伸，长度分别为１０３μｍ、９８８μｍ，渗层可见较多尖角块状碳化物。
２．２ ＭＦ钎杆杆体断裂失效分析
２．２．１ 宏观断口分析
（１）１＃失效样宏观分析
沿着杆体横向裂纹扩展方向切取２５ｍｍ裂纹两侧试样，杆体外表面裂纹处严重机械损伤与磨损，形成密密麻麻的凹坑，裂纹两侧试样疲劳裂纹源点形成于外表面较深凹坑处，属于疲劳裂纹扩展开裂。
（２）２＃失效样宏观分析
杆体断裂失效样的断口面裂纹源点形成于外表面，可见疲劳裂纹扩展弧线带，属于疲劳断裂。裂纹源点处外表面，沿轧制方向存在带状“龟裂”面分布缺陷，如图６所示。
２．２．２ 检验分析
（１）试样硬度
（２）１＃失效样微观断口分析
杆体外表面疲劳裂纹源区，外表面严重机械损伤处形成白亮层组织，白亮层深度６００μｍ，显微硬度ＨＶ７１０.５，硬度高，脆性大。
（３）２＃失效样微观断口分析
外表面“龟裂”处为深度５０μｍ细小缺陷，渗层显微组织无异常。
２．３ ＭＦ钎杆内螺纹纵向开裂或断裂的失效分析
２．３．１ 宏观断口分析
（１）１＃失效样宏观断口分析
失效样为内螺纹端纵向开裂，沿着内螺纹端纵向裂纹扩展方向切取３５ｍｍ裂纹两侧试样，疲劳裂纹源点在距离内螺纹端面第一扣螺纹表面上，属于疲劳开裂失效。内螺纹（Ｔ型螺纹）严重磨损，基本上磨平，说明使用时间不短，螺纹表面上分布严重磨痕、烧蚀面、熔蚀坑及裂纹（见图９与图１０）。
（２）２＃失效样宏观断口分析
内螺纹疲劳断裂，裂纹源点形成于高温熔蚀坑，内螺纹波谷面上分布有熔蚀坑。
２．３．２ 检验分析
（１）试样硬度
断口面烧蚀坑裂纹源区，螺纹波谷面高温烧蚀坑组织，以及蚀坑上裂纹扩展到基体，深度为７９０μｍ，白亮层显微硬度ＨＶ＝７３０.３～７６５.０。
３ 讨论
（１）在钎杆凿岩过程中，内外螺纹连接时使用润滑油，对内外螺纹起到润滑减磨、冷却降温、清洗清洁、防锈防蚀、减震、应力分散缓冲等作用，以减少内外螺纹表层的烧蚀和磨损。避免内外螺纹过早失效。而且钻车操作人员要爱护钎杆，避免表面严重机械损伤和磨损，表面外伤一旦形成，对于高强度Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ钢渗碳工件来说是致命的。
（２）在表面质量控制上，加强坯料磨削扒皮处理，尽可能清理坯料表面缺陷，又不产生新的过热或过烧缺陷，保证中空钢材表面质量。最好使用车削扒皮方式，较为彻底地去除表面缺陷。
（３）在热处理和机加工质量方面采取有效保障措施，热处理质量方面应控制马氏体、残余奥氏体和网状碳化物的级别，表面渗层到基体的硬度合理分布。而机加工质量应控制内外螺纹配合公差，避免装卸困难，以及表面粗糙度要达到要求，且避免出现严重刀痕。
（４）钎杆内螺纹锻造质量问题（锻造裂纹、锻后组织不良、外观缺陷）是造成内螺纹失效的因素，因此，不能出现锻造裂纹、过热、过烧、折叠等质量问题。
（５）ＭＦ钎杆使用质量问题，ＭＦ钎杆以内外螺纹连接使用，在使用过程中，随着内外螺纹的逐渐磨损，内外螺纹的配合间隙逐步增大，在拉压应力的作用下内外螺纹发生“串动”，内外螺纹接触面摩擦生热加剧，以及凿岩进程中遇到“硬质点”、“卡钎”与“别钎”，造成内外螺纹接触处瞬间受力过大。同时，当卸钎遇到困难时，钻车操作人员通常都会启动凿岩机进行钎杆“空打”，使得内外螺纹连接处松动，这样会造成钎杆的损伤。
综上所述，生产质量和使用质量是决定ＭＦ钎杆使用寿命的关键。因此，在ＭＦ钎杆生产制造过程中，需要严格控制钎杆原材料的冶炼和轧制质量，机加工和热处理质量。此外，钎杆粗放式的使用，会造成机械损伤，导致钎杆迅速失效。
４ 结论
（１）在ＭＦ钎杆凿岩使用过程中，压缩空气排粉，内外螺纹表面温度容易升高，螺纹表面易形成烧蚀面和熔蚀坑，以及渗层组织网状碳化物，这些是造成钎杆螺纹失效的因素。
（２）ＭＦ钎杆杆体原材料表面缺陷和使用造成的机械损伤导致杆体失效。
（３）ＭＦ钎杆应具有良好的生产质量，才能获得优良的综合机械性能，同时钻车操作人员规范使用钎杆，才能更好地发挥出钎杆的性能，进而获得高的使用寿命。