摘 要:某檢查桿在服役期間發(fā)生斷裂。采用宏觀觀察、化學成分分析、力學性能測試、金相檢 驗、掃描電鏡及能譜分析等方法,對檢查桿斷裂的原因進行分析。結果表明: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),容易造成應力集中;受到循環(huán)載荷后,檢查桿發(fā)生疲勞斷裂。

關鍵詞:檢查桿;裂紋;疲勞斷裂

中圖分類號:TB31 文獻標志碼:B 文章編號:1001-4012(2023)01-0051-03

碳素鋼是指碳元素質量分數(shù)為0.0218%~ 2.11%的鐵碳合金,碳素鋼具有較高的屈服強度和 高性價比,在許多領域應用廣泛[1]。某單位所用的 檢查桿在運行期間發(fā)生斷裂,該檢查桿的材料為 Q235B鋼,經(jīng)鍛造處理、機械加工整體尺寸后,進行 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。筆者對該檢查桿 進行一系列理化檢驗分析,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

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) 處可見臺階,符合疲勞斷裂的特征。

1.2 化學成分分析

對斷裂檢查桿進行化學成分分析,結果如表1 所示,可 見 斷 裂 檢 查 桿 的 化 學 成 分 符 合 GB/T 700—2006《碳素結構鋼》對 Q235B鋼的要求。

1.3 力學性能測試

斷裂檢查桿的力學性能測試結果如表2所示, 可見該檢查桿的力學性能均符合 GB/T700—2006 對 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,進行SEM 分析,結 果如圖3所示。由圖3可知:斷口磨損較為嚴重,裂 紋源區(qū)附近可見明顯的臺階特征;擴展區(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,然后進行能譜 分析,結果如圖4所示。由圖4可知:在裂紋內部和 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元素進入到 了裂紋內部。

1.6 金相檢驗

在檢查桿斷口剖面截取試樣并進行金相檢 驗,結果如圖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

由上述理化檢驗分析結果可知,斷裂檢查桿的 化學成分和力學性能均符合 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)磨損較為嚴重,可見 多個臺階,擴展區(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。斷口剖面處裂紋內部和斷口處含有Zn元素,而檢查桿在加工完成后進行了 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,該裂紋擴展直至發(fā)生疲勞斷裂。

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

參考文獻:

[1] 楊王玥,齊俊杰,孫祖慶,等.低碳鋼形變強化相變的 特征[J].金屬學報,2004,40(2):135-140.

[2] 劉雪松,李書齊,王蘋,等.6N01-T5鋁合金焊接接頭 疲勞斷裂分析[J].焊接學報,2009,30(10):25-28.

[3] 郭東,翟振東,劉東坡.存在裂紋的壓力容器疲勞斷裂 分析[J].建筑科學與工程學報,2007,24(3):87-90.

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

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