摘 要:某檢查桿在服役期間發(fā)生斷裂。采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試、金相檢 驗(yàn)、掃描電鏡及能譜分析等方法,對(duì)檢查桿斷裂的原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:檢查桿中存在原始裂 紋,在使用過程中該處屬于薄弱環(huán)節(jié),容易造成應(yīng)力集中;受到循環(huán)載荷后,檢查桿發(fā)生疲勞斷裂。

關(guān)鍵詞:檢查桿;裂紋;疲勞斷裂

中圖分類號(hào):TB31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1001-4012(2023)01-0051-03

碳素鋼是指碳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0218%~ 2.11%的鐵碳合金,碳素鋼具有較高的屈服強(qiáng)度和 高性價(jià)比,在許多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。某單位所用的 檢查桿在運(yùn)行期間發(fā)生斷裂,該檢查桿的材料為 Q235B鋼,經(jīng)鍛造處理、機(jī)械加工整體尺寸后,進(jìn)行 表面處理,表面處理的方式為冷鍍鋅+防水漆。斷 裂檢查桿的宏觀形貌如圖1所示。筆者對(duì)該檢查桿 進(jìn)行一系列理化檢驗(yàn)分析,查明了檢查桿斷裂的原 因,以避免該類事故再次發(fā)生。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

在檢查桿斷口處截取試樣,經(jīng)超聲清洗后置于 體視顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知: 斷口整體較為平整,與軸向大致垂直,未見明顯塑性 變形;斷口上部無金屬光澤,發(fā)生過嚴(yán)重磨損;斷口下部有金屬光澤,可見明顯的貝紋線,貝紋線指向斷 口上部的邊緣;斷口上部邊緣為裂紋源區(qū),裂紋源區(qū) 處可見臺(tái)階,符合疲勞斷裂的特征。

1.2 化學(xué)成分分析

對(duì)斷裂檢查桿進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1 所示,可 見 斷 裂 檢 查 桿 的 化 學(xué) 成 分 符 合 GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》對(duì) Q235B鋼的要求。

1.3 力學(xué)性能測試

斷裂檢查桿的力學(xué)性能測試結(jié)果如表2所示, 可見該檢查桿的力學(xué)性能均符合 GB/T700—2006 對(duì) Q235B鋼的要求。

1.4 掃描電鏡(SEM)分析

將檢查桿斷口超聲清洗后,進(jìn)行SEM 分析,結(jié) 果如圖3所示。由圖3可知:斷口磨損較為嚴(yán)重,裂 紋源區(qū)附近可見明顯的臺(tái)階特征;擴(kuò)展區(qū)疲勞條帶 處可見二次裂紋及大致平行的疲勞輝紋;瞬斷區(qū)可 見韌窩形貌。

1.5 能譜分析

在檢查桿斷口處截取剖面試樣,然后進(jìn)行能譜 分析,結(jié)果如圖4所示。由圖4可知:在裂紋內(nèi)部和 斷口處均能發(fā)現(xiàn)Zn元素,說明裂紋在冷鍍鋅工藝 之前就已經(jīng)出現(xiàn),在鍍鋅的過程中,Zn元素進(jìn)入到 了裂紋內(nèi)部。

1.6 金相檢驗(yàn)

在檢查桿斷口剖面截取試樣并進(jìn)行金相檢 驗(yàn),結(jié)果如圖5所示。由圖5可知:斷口處顯微組 織為鐵素體+珠光體,在裂紋內(nèi)部和斷口處顯微 組織發(fā)生形變。

2 綜合分析

由上述理化檢驗(yàn)分析結(jié)果可知,斷裂檢查桿的 化學(xué)成分和力學(xué)性能均符合 GB/T700—2006的要 求,該檢查桿的顯微組織為珠光體+鐵素體。斷口 具有明顯的疲勞特征,斷口源區(qū)磨損較為嚴(yán)重,可見 多個(gè)臺(tái)階,擴(kuò)展區(qū)存在二次裂紋及疲勞輝紋,瞬斷區(qū) 的微觀形貌呈韌窩特征。斷口剖面處裂紋內(nèi)部和斷口處含有Zn元素,而檢查桿在加工完成后進(jìn)行了 冷鍍鋅處理,說明裂紋在冷鍍鋅工藝之前就已經(jīng)出 現(xiàn)。在使用過程中,裂紋處屬于薄弱環(huán)節(jié),容易造成 應(yīng)力 集 中,受 到 循 環(huán) 載 荷 后,檢 查 桿 發(fā) 生 疲 勞 斷裂[2-4]。

3 結(jié)論及建議

檢查桿在冷鍍鋅之前就已有裂紋存在,受到循環(huán)載荷后,該裂紋擴(kuò)展直至發(fā)生疲勞斷裂。

建議在鍛造加工結(jié)束后對(duì)檢查桿進(jìn)行無損檢 測,及時(shí)排查檢查桿內(nèi)部的裂紋缺陷,以避免出現(xiàn)該 類疲勞斷裂事故。

參考文獻(xiàn):

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[4] 陸慧,孫明正.船用柴油機(jī)拉缸故障失效分析[J].理 化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),2022,58(2):45-48.

<文章來源> 材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 59卷 > 1期 (pp:51-53)>