金屬拉力棒斷口失效分析.

1、金屬拉力棒拉伸斷裂失效分析 學(xué)院：機(jī)械電子工程學(xué)院 專業(yè)：過(guò)程裝備與控制工程 姓名：張炳濤 班級(jí)：20111 學(xué)號(hào)：1101042136金屬拉力棒拉伸斷裂失效分析一、 概述1、 金屬構(gòu)件失效分析的意義和重要性(1)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)多個(gè)學(xué)科的交叉分析，找到失效的原因，不僅防止同樣的失效再發(fā)生，而且能更進(jìn)一步完善裝備構(gòu)建的功能，促進(jìn)了相關(guān)各項(xiàng)工作的發(fā)展。(2)提高裝備及其構(gòu)件的質(zhì)量。從設(shè)計(jì)、材料、制造等各方面進(jìn)行改進(jìn)，便可提高裝備及其構(gòu)件的質(zhì)量。（3）具有高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 2、失效分析報(bào)告主要內(nèi)容 這次針對(duì)鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒試件進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)及失效分析，主要進(jìn)行了現(xiàn)

2、場(chǎng)調(diào)查及收集資料，包括對(duì)準(zhǔn)備試件的測(cè)量以及試件的裝夾，加載，記錄了設(shè)備的型號(hào)，參數(shù)及操作要求，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，試件在加載過(guò)程出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行了記錄，記錄拉伸曲線，然后對(duì)試件進(jìn)行斷口失效分析，采用低倍放大對(duì)斷口的形狀，晶粒度，組織組成進(jìn)行分析，最后參考書(shū)籍完成報(bào)告。二、 試樣制備與收集1、 對(duì)鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，制備斷口試件。2.加載過(guò)程Q235拉力棒拉伸實(shí)驗(yàn)步驟 （1）試件準(zhǔn)備：在試件上劃出長(zhǎng)度為l0的標(biāo)距線，在標(biāo)距的兩端及中部三個(gè)位置上，沿兩個(gè)相互垂直方向各測(cè)量一次直徑取平均值，再?gòu)娜齻€(gè)平均值中取最小值作為試件的直徑d0。 （2）試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：按

3、試驗(yàn)機(jī)®計(jì)算機(jī)®打印機(jī)的順序開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)后須預(yù)熱十分鐘才可使用。按照“軟件使用手冊(cè)”，運(yùn)行配套軟件。 （3）安裝夾具：根據(jù)試件情況準(zhǔn)備好夾具，并安裝在夾具座上。若夾具已安裝好，對(duì)夾具進(jìn)行檢查。 （4）夾持試件：若在上空間試驗(yàn)，則先將試件夾持在上夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件的另一端；若在下空間試驗(yàn)，則先將試件夾持在下夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件的另一端。 （5）開(kāi)始實(shí)驗(yàn)：點(diǎn)擊主機(jī)小鍵盤上的試樣保護(hù)鍵，消除夾持力；位移清零；按運(yùn)行命令按鈕，按照軟件設(shè)定的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （5）記錄數(shù)據(jù)：試件拉斷后，取下試件，將斷裂試件的兩

4、端對(duì)齊、靠緊，用游標(biāo)卡尺測(cè) 出試件斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度l1及斷口處的最小直徑d1（一般從相互垂直方向測(cè)量?jī)纱魏笕∑骄担?。鑄鐵T200拉力棒拉伸試驗(yàn)步驟（1）試件的準(zhǔn)備：測(cè)量試件中間和兩端之處直徑d，取最小值計(jì)算載面積。（2）試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：估計(jì)鑄鐵bs值，估算拉斷試件最大荷載。試驗(yàn)機(jī)調(diào)整與低碳鋼拉伸試驗(yàn)相同。 （3）檢查及試車：與低碳多拉伸試驗(yàn)相同。 （4）進(jìn)行試驗(yàn)：開(kāi)動(dòng)好試驗(yàn)機(jī)。用慢速加載直到試件斷裂，記錄最大荷載Pb值。觀察自動(dòng)繪圖器上的曲線。 （5） 試驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)，取下試件，使試驗(yàn)機(jī)回原位。  （6）測(cè)量試件：測(cè)量斷裂后試件的直徑和長(zhǎng)度 y

5、87;» （7）計(jì)算鑄鐵拉伸強(qiáng)度極限。三、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并收集資料（1）本次實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在山東科技大學(xué)材料力學(xué)拉力棒拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。（2）這次主要對(duì)鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒試件進(jìn)行拉斷實(shí)驗(yàn)。（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備為微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 參數(shù)： 測(cè)量范圍：4%-100%F.S 測(cè)力示值相對(duì)誤差：±1%速度精度：±5% 設(shè)定值上下壓盤間最大距離：600mm拉伸鉗口間最大距離：600mm 彎曲試驗(yàn)支滾間距離：30-460mm圓試樣夾持直徑：10-32mm 扁試樣夾持厚度：0-20mm扁試樣夾持寬度：60mm 剪切試樣直徑：0-10mm支柱間有效距離：435

6、mm 活塞行程：200mm電機(jī)功率：2KW 主機(jī)外形尺寸：740×460×1965mm （4）對(duì)拉力棒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，鑄鐵T200在拉伸過(guò)程中發(fā)生“脆斷”，Q235鋼在拉伸斷裂前發(fā)生“頸縮”現(xiàn)象，根據(jù)拉伸曲線圖也可以清晰地看出鑄鐵發(fā)生了突然地?cái)嗔?，而碳素結(jié)構(gòu)鋼在斷裂前發(fā)生了“頸縮”現(xiàn)象。 拉伸曲線如圖：三、 樣件理化性能分析 1、Q235是一種普通結(jié)構(gòu)用鋼，Q代表的是這種材質(zhì)的屈服，后面的235就是指這種材質(zhì)的屈服值，是235左右，并且隨著材質(zhì)厚度的增加而使其屈服值減小。Q235鋼分A，B，C，D四個(gè)等級(jí)，由于含碳量適中，機(jī)械綜合性能較好，強(qiáng)度，塑性以及焊接性能能較好的配合

7、，用途非常廣泛。（1）化學(xué)成分Q235A級(jí)含 C 0.22% Mn1.4% Si 0.35% S 0.050 P 0.045Q235B級(jí)含 C 0.20% Mn1.4% Si 0.35% S 0.045 P 0.045Q235C級(jí)含 C 0.17% Mn1.4% Si 0.35% S 0.040 P 0.040Q235D級(jí)含 C 0.17 Mn1.4% Si 0.35% S 0.035 P 0.035（2）機(jī)械性能：屈服點(diǎn)大于235MPa，抗拉強(qiáng)度大于410Mpa，伸長(zhǎng)率大于23%。（GB/T709-2006）2.鑄鐵T200：為珠光體類型的灰鑄鐵。其強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好，

8、鑄造性能較好，但脆性較大，需進(jìn)行人工時(shí)效處理。大量用于不受沖擊載荷的零部件，如承受壓力的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、離合器殼及制動(dòng)鼓等。也用于中等壓力的油缸、泵體、閥體以及經(jīng)表面淬火的零件。（1）化學(xué)成份：碳 C ：3.36 硅 Si：2.37 錳 Mn：0.66 硫 S ：0.11 磷 P ：0.071（2）機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度:b 300MPa 硬度 ：(RH=1時(shí))188HB。五、樣件斷口分析 1、斷口分析的重要性：斷口上忠實(shí)的記錄了金屬斷裂的全過(guò)程，即裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展直至斷開(kāi)；外部因素對(duì)裂紋萌生的影響及材料本身的缺陷對(duì)裂紋萌生的促進(jìn)作用；同時(shí)也記錄著裂紋擴(kuò)展的途徑、擴(kuò)展過(guò)程及內(nèi)外因素對(duì)裂紋擴(kuò)展的影

9、響。 2、Q235拉力棒拉伸斷口分析宏觀特征：Q235的斷裂屬于韌性斷裂，呈光亮的金屬光澤，斷口平齊。斷口附近有明顯的宏觀塑性變形，斷口外形呈杯錐狀，底面垂直于主應(yīng)力錐面為45度角，斷口表面呈纖維狀，其顏色為暗灰色。微觀特征：在100400倍顯微鏡下，可以觀察其斷口形貌，Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼拉伸斷口外形呈杯錐狀，整個(gè)斷口可分為三個(gè)區(qū)，中心部位為灰色纖維區(qū)，纖維區(qū)四周為輻射狀裂紋擴(kuò)展區(qū)，邊緣是剪切唇，剪切唇語(yǔ)拉伸應(yīng)力軸交角為45°。由于拉伸載荷形成的斷裂，存在著很多的韌窩，韌窩面積較大，大都為等軸韌窩和輕微拉長(zhǎng)韌窩。（剪切韌窩） 3、鑄鐵T200拉力棒斷口分析宏觀形狀：鑄鐵中的石墨是共晶

10、團(tuán)內(nèi)的一個(gè)葉片狀團(tuán)體。斷口平坦，無(wú)剪切唇，斷口與應(yīng)力方向垂直。斷裂起源于變截面，斷面顏色有的較光亮，有的比較灰暗，光亮斷口為細(xì)瓷狀，灰暗斷口為粗糙狀，有粗大晶粒外形。微觀形狀：在100400倍顯微鏡下，可以觀察其斷口形貌。T200鑄鐵試樣斷口為結(jié)晶狀斷口，呈光亮的金屬光澤，斷口平齊，并且垂直于拉應(yīng)力。其組織特征可以觀察到斷口上呈現(xiàn)三個(gè)區(qū)域：纖維區(qū)、放射區(qū)及剪切唇區(qū)。實(shí)際上是斷裂面上的微小解理臺(tái)階在圖像上的表現(xiàn)，河流條紋就是相當(dāng)于各個(gè)解理平面的交割。河流條紋的流向也是裂紋擴(kuò)展的方向，河流的上游(即河流分叉方向)是裂紋源。 （河流花樣）六、結(jié)論 鑄鐵發(fā)生脆斷屬于脆性斷裂，原因是由于內(nèi)部的石墨或其他缺陷導(dǎo)致應(yīng)力集中使其在低應(yīng)力下發(fā)生脆斷的。Q235的斷裂屬于韌性斷裂。金屬零件韌性斷裂的本質(zhì)是零件危險(xiǎn)截面處的實(shí)際應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度所致，而脆性斷裂則是由于外載荷超過(guò)了其抗拉強(qiáng)度直接發(fā)生了脆斷。因此下列因素均有可能引起 金屬零件韌性斷裂失效零件所用材料強(qiáng)度不夠，零件所承受的實(shí)際載荷超過(guò)原設(shè)計(jì)要求，零件在使用中出現(xiàn)了非正常載荷，零件存在不符合技術(shù)要求的鑄造、鍛造、焊和熱加工等