摘 要:某7A85鋁合金承載構(gòu)件在使用一段時(shí)間后發(fā)生斷裂,采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、力 學(xué)性能測(cè)試、金相檢驗(yàn)等方法對(duì)構(gòu)件斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:該承載構(gòu)件開(kāi)裂位置為銷孔 處,斷裂模式為應(yīng)力腐蝕,斷裂的主要原因是環(huán)境與應(yīng)力的共同作用引起的。

關(guān)鍵詞:鋁合金;承載構(gòu)件;脆性斷裂;應(yīng)力腐蝕

中圖分類號(hào):TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1001-4012(2022)10-0061-03

某試驗(yàn)裝置用承載構(gòu)件在使用過(guò)程中發(fā)生斷 裂,其工作于高溫、高濕環(huán)境(溫度為70 ℃,濕度為 85%),構(gòu)件材料為7A85鋁合金,其具有良好的環(huán) 境適應(yīng)性[1]。該承載構(gòu)件是在鑄錠上直接加工而成 的,開(kāi)裂位置為銷孔處,且從銷孔的中心線位置對(duì)稱 開(kāi)裂。筆者采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能 測(cè)試、金相檢驗(yàn)等方法對(duì)承載構(gòu)件的斷裂原因進(jìn)行 分析,結(jié)果可為構(gòu)件的安全可靠運(yùn)行提供借鑒。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

斷裂構(gòu)件的宏觀形貌如圖1所示,觀察發(fā)現(xiàn)斷 裂起源于銷孔的中心線位置,整個(gè)斷面未見(jiàn)明顯的 擴(kuò)展棱線特征,但是斷面有兩個(gè)不同的特征區(qū)域:靠 近銷孔位置的斷面呈現(xiàn)灰色,較粗糙,呈現(xiàn)“冰糖狀” 特征;遠(yuǎn)離銷孔位置的斷面表面顏色光亮,呈金屬光 澤,有纖維狀特征?？梢猿醪酵茢?斷裂從銷孔側(cè)開(kāi) 始,逐漸向材料內(nèi)部擴(kuò)展。另外,在壁厚的邊緣位置 發(fā)現(xiàn)有部分剪切唇區(qū)。

1.2 化學(xué)成分分析

在斷裂構(gòu)件上取樣,采用美國(guó)利曼 ProdigyXP ICP型光譜分析儀對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如 表1 所 示,由 表 1 可 知:其 化 學(xué) 成 分 符 合 技 術(shù) 要求。

1.3 力學(xué)性能測(cè)試

根據(jù) GB/T 228.1—2010 《金 屬 材 料 拉 伸 試 驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》,對(duì)斷裂構(gòu)件進(jìn)行拉伸 性能測(cè)試,結(jié)果如表2所示,試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服 強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 金相檢驗(yàn)

在該構(gòu)件的斷裂源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)分別截取試樣并進(jìn) 行金相檢驗(yàn),結(jié)果顯示:斷裂源區(qū)附近的組織為α(Al) +彌散相+化合物相,晶界有析出,依據(jù) GB/T6394— 2002《金屬平均晶粒度測(cè)定法》對(duì)斷裂源區(qū)附近的晶粒 度級(jí)別進(jìn)行評(píng)定,結(jié)果為4.5級(jí),整個(gè)試樣未發(fā)現(xiàn)明顯 的冶金缺陷,其顯微組織形貌如圖2所示。

擴(kuò)展區(qū)附近組織為 α(Al)+ 彌散相 + 化合物 相,晶界有析出,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T6394—2002 對(duì)擴(kuò) 展區(qū)附近的晶粒度級(jí)別進(jìn)行評(píng)定,結(jié)果為4.5級(jí),整 個(gè)試樣未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷,擴(kuò)展區(qū)附近的顯微 組織形貌如圖3所示。

1.5 掃描電鏡分析

在斷口處取樣,去除表面污漬,并用毛刷輕刷斷 口,放入掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察。斷裂源附近的 SEM 形貌如圖4所示,該區(qū)域較平坦,放大后有明 顯的沿晶特征,且個(gè)別區(qū)存在大晶粒中包裹小晶粒 的形態(tài)。擴(kuò) 展 區(qū) 和 剪 切 唇 區(qū) SEM 形 貌 如 圖 5 所 示,擴(kuò)展區(qū)主要呈解理+沿晶斷裂特征,剪切唇區(qū)主 要呈剪切韌窩特征。

對(duì)斷裂源 區(qū) 和 韌 窩 區(qū) 分 別 進(jìn) 行 能 譜 分 析,結(jié) 果如圖6 所 示,由 圖 6 可 知:除 合 金 元 素 外,斷 裂 源區(qū)還有一定量的 Cl元素,但是韌窩區(qū)未發(fā)現(xiàn)腐 蝕性元素。

2 分析與討論

從以上分析結(jié)果可知:斷裂構(gòu)件的化學(xué)成分和 力學(xué)性能均符合技術(shù)要求。斷裂源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)附近 的組織均為α(Al)+彌散相+化合物相,晶界有析 出,晶粒度為4.5級(jí),未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷。

試樣斷裂源區(qū)附近的區(qū)域較平坦,放大后有明 顯的沿晶形態(tài),且個(gè)別區(qū)存在大晶粒中包裹小晶粒 的形態(tài)。擴(kuò)展區(qū)斷面主要表現(xiàn)為解理+沿晶特征。

斷裂源區(qū)附近和擴(kuò)展區(qū)位置的能譜分析結(jié)果顯 示:斷裂源區(qū)存在明顯的腐蝕性元素Cl,但是韌窩區(qū)未 發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕性元素。同時(shí),構(gòu)件在高溫、高濕環(huán)境 下工作,該環(huán)境會(huì)存在較多的腐蝕性元素[2]。該構(gòu)件 在工作過(guò)程中受到匹配構(gòu)件施加的拉應(yīng)力,應(yīng)力與腐 蝕性元素共同作用使構(gòu)件發(fā)生了應(yīng)力腐蝕[3]斷裂。

3 結(jié)語(yǔ)

該7A85鋁合金承載構(gòu)件的斷裂模式為應(yīng)力腐 蝕斷裂,斷裂的主要原因是構(gòu)件所受應(yīng)力與工作環(huán) 境中的腐蝕性元素共同作用引起的。

參考文獻(xiàn):

[1] 陳小會(huì),揭小平,閆洪,等.高強(qiáng)鋁合金的研究現(xiàn)狀及 進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2009(增刊1):489-492.

[2] 趙鵬,蘇艷.高強(qiáng)鋁合金應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂研究進(jìn)展[J]. 裝備環(huán)境工程,2016,13(1):130-138.

[3] 夏曉健,張孔林,林德源.電流互感器鋁合金法蘭開(kāi)裂 失效分析[J].理化檢驗(yàn) (物 理 分 冊(cè)),2017,53(10): 754-756.

<文章來(lái)源>材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 10期 (pp:61-63)>