其它件失效分析實(shí)例

1、圖 1 OPI其它件失效分析實(shí)例本局部主要是列舉了有關(guān)加工工藝過(guò)程的產(chǎn)品：冷成型件、鑄件、鍛件、焊接件等失效的實(shí)例；同時(shí)也介紹了有關(guān)服役過(guò)程中產(chǎn)生的失效實(shí)例，如模具失效、飛機(jī)零部件失效、紡紗嘴失效等。詳細(xì)情況請(qǐng)參閱下面各具體實(shí)例。1 黃銅板裂紋失效H68黃銅板冷沖壓成型有筋肋后，未經(jīng)過(guò)其它后續(xù)退火等熱處理，就直接在含有鐵銹、一定汞量及其它雜質(zhì)的水介質(zhì)中應(yīng)用。斷續(xù)使用數(shù)月后，在銅板沖壓件的一些筋肋處出現(xiàn)明顯的裂紋如圖1所示。取樣作金相分析檢查， 其微觀組織及裂紋分布情況如圖2所示。由于出現(xiàn)頗多裂紋，使該件大量報(bào)廢。從裂紋的分布形態(tài)并結(jié)合生產(chǎn)工藝和使用情況可知，其裂紋的產(chǎn)生，是由于銅板沖壓變形后，

2、未經(jīng)消除應(yīng)力處理，而后又在含汞等介質(zhì)中使用之故。產(chǎn)生的裂紋屬應(yīng)力腐蝕裂紋。一般銅制沖壓件均有較大的內(nèi)應(yīng)力存在，應(yīng)在200300 C溫度范圍進(jìn)行數(shù)小時(shí)退火處理，方可防止因沖制而引起的應(yīng)力腐蝕破壞。圖象說(shuō)明：黃銅板筋肋的宏觀裂紋分布情 況。垂直裂紋截取試樣，作剖面金 相觀察，在放大60倍下裂紋已經(jīng)穿 透整個(gè)截面。圖 2 OPI圖象說(shuō)明：黃銅板之微觀組織和裂紋分 布情況。裂紋沿a相晶界擴(kuò)展。試樣經(jīng)浸蝕后，在原裂紋區(qū) 域放大至200倍觀察，組織為a 單相固溶體，裂紋大多沿 a相晶 粒邊界分布，這是銅制件的一種 典型應(yīng)力腐蝕裂紋形態(tài)。2.胡蘆吊鉤失效失效件為起重葫蘆吊鉤，是進(jìn)口設(shè)備，材料采用相當(dāng)于18C

3、rNi鋼。該吊鉤服役四年之后，在1983年11月26日吊裝甲醇塔時(shí)，葫蘆吊鉤突然斷裂，發(fā)生重大事故。觀察吊鉤的外觀形貌， 發(fā)現(xiàn)斷裂是從鉤子軸端點(diǎn)起始的，如圖3所示。宏觀觀察斷口呈暗灰色，斷口面傾斜，凹凸不平，有明顯的拉伸纖維特征如圖4所示。圖 3 OPI圖象說(shuō)明：葫蘆吊鉤宏觀外形。圖中左上 方圓環(huán)部位是鉤子軸端斷裂處，如 箭頭所指。圖象說(shuō)明：宏觀斷口形貌，斷口灰暗， 粗糙不平，斷口面傾斜，具有纖 維狀形貌特征。圖 4 OPI3手工鉗頭筒體斷裂失效手工鉗頭筒體材料為 40Cr鋼，其熱處理工藝為 840C淬火和低溫回火，在泵水試驗(yàn)時(shí)筒體發(fā)生斷裂。筒體外觀形貌如圖5所示，斷口宏觀形貌如圖 6所示。綜

4、上檢查可斷定零件失效屬沿晶脆性斷裂。主要原因是淬火加熱溫度過(guò)高，出現(xiàn)淬火裂紋，減少筒體有效截面，造成晶粒粗大。此外，回火缺乏，淬火應(yīng)力無(wú)法完全消除。螺紋加工粗糙，增強(qiáng)了應(yīng)力集中的敏感性。以上幾點(diǎn)綜合導(dǎo)致泵水試驗(yàn)時(shí)筒體最終斷裂。圖 5 OPI圖象說(shuō)明：零件斷裂發(fā)生在左側(cè)螺紋最 末端的二個(gè)牙上。圖 6 OPI圖 7 SEM 50 X圖象說(shuō)明斷面平坦，沿零件外圓一圈約2.5mm深呈明顯的暗色，1該層暗色圈已占整個(gè)截面的 丄，2余下局部那么為較新鮮的結(jié)晶狀斷 口。暗色圈屬淬火裂紋。4導(dǎo)紡嘴斷裂失效南通針織廠從國(guó)外引進(jìn)紡織設(shè)備，進(jìn)行試車2小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)紡嘴斷裂失效。導(dǎo)紡嘴材料為Cr不銹鋼，經(jīng)過(guò)淬火及回火

5、處理。通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察，導(dǎo)紡嘴的裂紋形態(tài)及斷口宏觀形貌特征如圖7及8所示。通過(guò)斷口分析及其它物理方法分析，可認(rèn)為導(dǎo)紡嘴是由于淬火裂紋引起的脆性沿晶開(kāi)裂。圖象說(shuō)明：導(dǎo)紡嘴主裂紋沿縱向貫穿整 體，裂紋較平直。次裂紋沿導(dǎo)紡 嘴管體的橫向及縱向延伸。圖象說(shuō)明：導(dǎo)紡嘴橫向裂紋成環(huán)形開(kāi) 裂，形成斷口。斷口外表較粗糙, 具有臺(tái)階及腐蝕斑點(diǎn)等形貌特 征。臺(tái)階底部是導(dǎo)紡嘴橫、縱向 裂紋交叉處。圖 8 SEM 20 X5 飛機(jī)起落架叉形接頭斷裂失效飛機(jī)起落架材料為 30CrMnSi，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，該飛機(jī)常于海面上空飛行，已使用多年， 在降落時(shí)發(fā)生起落架斷裂事故。斷口的宏觀形貌如圖 9所示。根據(jù)起落架斷裂源部位

6、具有腐蝕坑、腐蝕產(chǎn)物及沿晶斷裂等微觀特征，說(shuō)明具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的形貌。這是因?yàn)轱w機(jī)常于海面低空飛行，海面低空處氯離子濃度往往較高，為產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂提供了腐蝕性的環(huán)境，起落架工作時(shí)在叉形接頭處受力較高，裂紋源正產(chǎn)生于宏觀形狀的變截面處，在變截面處往往有應(yīng)力集中現(xiàn)象存在，于是在該處首先形成應(yīng)力腐蝕裂紋，當(dāng)裂紋到達(dá)一定深度時(shí)，加上飛機(jī)降落時(shí)起落架承受很大的沖擊力，在這種大外應(yīng)力作用下，原先形成的裂紋已到達(dá)臨界尺寸，于是發(fā)生突然斷裂事故。圖 9 OPI圖象說(shuō)明：起落架宏觀斷口形貌， 可觀察 到人字紋特征。人字紋起始于箭頭 所示處，并向兩側(cè)擴(kuò)展，由此可見(jiàn)， 箭頭所示處為裂紋源。斷口兩側(cè)后 半部呈45角

7、傾斜系斷口的剪切 唇區(qū)。6. 飛機(jī)前起落輪叉斷裂失效飛機(jī)前起落輪叉材質(zhì)為 30CrMnSiNi2A鋼，是模壓件， 6 = 1700_100MPa，輪叉在 常溫下疲勞開(kāi)裂。輪叉剎車力為5684N，運(yùn)行到20個(gè)循環(huán)時(shí)觀察到裂紋長(zhǎng)大34mm左右，經(jīng)過(guò)33個(gè)循環(huán)時(shí)，裂紋長(zhǎng)大15.8mm，輪叉在34個(gè)循環(huán)時(shí)發(fā)生斷裂。輪叉斷口宏觀形貌如圖 10所示，具有疲勞貝殼狀條紋、臺(tái)階弧線等。通過(guò)上述斷口分析可知，飛機(jī)前起落架輪叉斷口為典型的疲勞斷口，隨著循環(huán)次斷的增圖 10 OPI加，宏觀疲勞裂紋擴(kuò)展速率增大。圖象說(shuō)明：在凹槽的R角處的裂源區(qū)具 有明顯的臺(tái)階，用肉眼或放大鏡可 觀察到疲勞斷裂的宏觀形貌一一 貝殼狀條

8、紋。斷口上具有較大的臺(tái) 階弧線，它是疲勞循環(huán)特征的標(biāo)志 即較大的負(fù)載變動(dòng)情況的記錄。7. 45號(hào)鋼精鑄件中硬質(zhì)點(diǎn)缺陷分析45號(hào)鋼精鑄件多種， 其毛坯經(jīng)860 C正火處理，在粗銃、精銃、鉆孔等機(jī)械加工過(guò)程中發(fā)生加工困難。在用組合銃刀銃切毛坯零件時(shí)，感覺(jué)材料有軟硬不一致現(xiàn)象。一把組合銃刀僅加工45件過(guò)去一般正常銃加工毛坯100件才換刀，就使銃刀致鈍和崩刃，精銃零件粗糙度不合格；在鉆孔時(shí)，鐵屑不卷曲，并發(fā)出不正常聲音；用手鋸切割毛坯零件時(shí)，發(fā)生 鋸條打滑和鋸齒嚴(yán)重磨損現(xiàn)象。以上情況，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。為研究其加工困難之原因， 進(jìn)行了詳細(xì)的檢驗(yàn)分析，挽救了大量的庫(kù)存制品，獲得滿意效果與巨大的經(jīng)濟(jì)效益

9、。45號(hào)鋼精鑄件的毛坯及成品的實(shí)物見(jiàn)圖11。圖象說(shuō)明：精鑄件毛坯左及成品件右 圖 11 OPI45號(hào)鋼精鑄件由于存在硬質(zhì)點(diǎn)相一一馬氏體，使機(jī)加工發(fā)生困難。造成硬質(zhì)點(diǎn)的原因 是鋼中存在硼、鉻等元素的偏聚，故此提高了精鑄件局部微區(qū)的淬透性。精鑄件是經(jīng)中頻冶煉后澆注而成，成分偏析是中頻冶煉的缺點(diǎn)，在其澆注后的冷卻過(guò)程中，在元素偏聚區(qū)，硼、鉻等元素主要以固溶體形式存在于金屬基體中，使偏聚微區(qū)的C曲線右移，于是鑄件在正火空冷過(guò)程中，這些微區(qū)部位獲得淬透并形成硬質(zhì)點(diǎn)相一一馬氏體。由于硼、鉻等元素主要來(lái)源于爐料中的廢鋼，所以經(jīng)中頻冶煉澆注的45號(hào)鋼精鑄件，常會(huì)出現(xiàn)上述缺點(diǎn)。 因此，45號(hào)鋼精鑄毛坯件在正火后

10、，機(jī)加工前進(jìn)行600630C高溫回火處理，已成為必不可少的工序。8. 電壓線圈硅鋼片下模開(kāi)裂分析材料為Crl2MoV鋼之電壓線圈硅鋼片下模，大局部在磨削時(shí)發(fā)生開(kāi)裂，局部在回火后發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂。其工藝如下：鍛造：將圓鋼鍛壓成方坯 190 x 130 x 130mm。退火：材料經(jīng)鍛成方坯后，因硬度過(guò)高， 為改善切削性能采用 860C保溫3小時(shí)加熱，冷至 780C保溫4小時(shí)之等溫退火處理。退火 時(shí)每爐裝8塊，在箱式爐中進(jìn)行。機(jī)加工：將退火后之坯料加工成120 x 100 x 16mm，切削余量為 5mm。初磨兩平面，磨削量為0.150.20mm，用肥皂水冷卻。檢查分析情況見(jiàn)圖12至圖131 圖 12 OP

11、I圖象說(shuō)明：模具裂紋實(shí)物形貌，模具長(zhǎng)120mm、寬 100mm、厚 16mm，大 致成四方形。裂紋在截面中間，部 位與長(zhǎng)邊(120mm)相垂直。裂紋 縱向長(zhǎng)約70mm,橫向與厚度相等， 裂紋由外表起始筆直向內(nèi)延伸。圖象說(shuō)明：在模具橫向外表有鋼印打字 記號(hào)和冷加工刀痕，如箭頭所示。 顯然，裂紋正起源于箭頭所指之 處，說(shuō)明打字記號(hào)與冷加工刀痕 引起應(yīng)力集中，促使裂紋形成。圖 13 OPI從宏觀和微觀觀察到的裂紋形態(tài)可知：(1) 此模具材料碳化物偏析嚴(yán)重，已超過(guò)一般使用級(jí)別。不僅碳化物帶和網(wǎng)狀極其明顯，而且斷口條紋亦明顯粗大。由此可知，材料未經(jīng)有效鍛造，碳化物未被擊碎分散，仍保存著材料原始偏析狀況；(2) 裂紋始端部位外表加工粗糙(包括粗糙凹痕及打字印跡)，致使模具在熱處理時(shí)冷卻過(guò) 程中產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，從微觀組織看，裂紋穿過(guò)晶界和對(duì)穿碳化物，并筆直向前開(kāi)展，可 知其應(yīng)力之大。綜上所述，此模具開(kāi)裂原因系鍛造變形不夠，組織應(yīng)力和淬火應(yīng)力在機(jī)加工刀痕和打字印痕處產(chǎn)生應(yīng)力集中，故在回火與磨削過(guò)程中開(kāi)裂。9 縫紉機(jī)擺梭