環(huán)境失效案例

1、典型案例分析典型案例分析 該類型螺釘在裝配及裝配后一段時間該類型螺釘在裝配及裝配后一段時間后均有斷裂的情況發(fā)生后均有斷裂的情況發(fā)生 其工藝包括表面經(jīng)氯化銨鍍鎘后，經(jīng)其工藝包括表面經(jīng)氯化銨鍍鎘后，經(jīng)19010/23h除氫工藝除氫工藝案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 斷裂于第一螺紋根部，斷口高差斷裂于第一螺紋根部，斷口高差較大，光桿部分可見裝配過程中造較大，光桿部分可見裝配過程中造成的磨痕；斷口亦可見小刻面特征成的磨痕；斷口亦可見小刻面特征典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂

2、分析螺釘斷裂分析 低倍形貌可見斷口整體呈小刻面特征，低倍形貌可見斷口整體呈小刻面特征，局部有明顯的擦傷特征，釘頭內(nèi)邊緣顏色局部有明顯的擦傷特征，釘頭內(nèi)邊緣顏色較其它部位深。較其它部位深。典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 外邊緣、中部及內(nèi)邊緣的高倍形外邊緣、中部及內(nèi)邊緣的高倍形貌可見斷口整體均為沿晶特征。貌可見斷口整體均為沿晶特征。典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 斷裂性質(zhì)分析斷裂性質(zhì)分析斷口均以沿晶特征為主，斷裂性質(zhì)為沿晶脆性斷

3、斷口均以沿晶特征為主，斷裂性質(zhì)為沿晶脆性斷裂。裂。螺釘在裝配及后續(xù)放置過程中處于室溫狀態(tài)，且螺釘在裝配及后續(xù)放置過程中處于室溫狀態(tài)，且能譜分析僅在個別螺釘斷口的局部位置發(fā)現(xiàn)能譜分析僅在個別螺釘斷口的局部位置發(fā)現(xiàn)Cd元素，元素，因此基本可以排除鎘脆的可能性。螺釘?shù)目焖贈_擊試因此基本可以排除鎘脆的可能性。螺釘?shù)目焖贈_擊試驗斷口為韌窩特征，可排除螺釘回火脆斷的可能性。驗斷口為韌窩特征，可排除螺釘回火脆斷的可能性。對螺釘?shù)恼麄€裝配、工作過程及試驗結(jié)果進行分對螺釘?shù)恼麄€裝配、工作過程及試驗結(jié)果進行分析表明，本次螺釘斷口以沿晶特征為主，螺釘斷口幾析表明，本次螺釘斷口以沿晶特征為主，螺釘斷口幾乎沒有塑性變形

4、，延伸率低，且未通過乎沒有塑性變形，延伸率低，且未通過200h氫脆驗氫脆驗證試驗，因此螺釘?shù)臄嗔褢?yīng)主要與氫脆有關(guān)。證試驗，因此螺釘?shù)臄嗔褢?yīng)主要與氫脆有關(guān)。典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 影響氫脆的因素影響氫脆的因素材料性能材料性能 高強度鋼對氫脆的敏感性極大，且強度越高，高強度鋼對氫脆的敏感性極大，且強度越高，氫脆越容易發(fā)生氫脆越容易發(fā)生 螺釘?shù)膹姸纫呀?jīng)達到螺釘?shù)膹姸纫呀?jīng)達到1700MPa，在此強度下，在此強度下，螺釘對氫脆高度敏感螺釘對氫脆高度敏感 螺紋根部和螺釘釘頭根部均存在缺口效應(yīng)，氫螺紋根部和螺釘釘頭

5、根部均存在缺口效應(yīng)，氫更容易聚集，增強了螺釘?shù)臍浯嗝舾行愿菀拙奂?，增強了螺釘?shù)臍浯嗝舾行?故障螺釘整體斷口均為沿晶特征，斷口幾乎沒故障螺釘整體斷口均為沿晶特征，斷口幾乎沒有塑性變形，延伸率低，說明材料脆性強，塑性有塑性變形，延伸率低，說明材料脆性強，塑性差，螺釘在一定的應(yīng)力條件下即可能發(fā)生氫脆差，螺釘在一定的應(yīng)力條件下即可能發(fā)生氫脆典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 影響氫脆的因素影響氫脆的因素氫含量氫含量 對于強度在對于強度在1700MPa級別的級別的30CrMnSiNi2A螺栓，含氫量在螺栓，含氫量在12p

6、pm以上即有可能導(dǎo)致氫脆以上即有可能導(dǎo)致氫脆 檢測結(jié)果表明，該螺釘?shù)穆輻U與螺紋部檢測結(jié)果表明，該螺釘?shù)穆輻U與螺紋部分的氫含量均過高，檢測值多數(shù)在分的氫含量均過高，檢測值多數(shù)在6ppm以以上上 氫含量過高，材料中的氫壓越大，對開氫含量過高，材料中的氫壓越大，對開裂的貢獻越大，即越容易發(fā)生氫脆裂的貢獻越大，即越容易發(fā)生氫脆典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 影響氫脆的因素影響氫脆的因素應(yīng)力應(yīng)力 螺釘裝配采用電動螺釘裝配采用電動/氣動載荷裝配，并氣動載荷裝配，并且未對裝配應(yīng)力進行控制，因此裝配應(yīng)力且未對裝配應(yīng)力進行控制

7、，因此裝配應(yīng)力可能較大，相對應(yīng)的是螺栓承受的預(yù)緊力可能較大，相對應(yīng)的是螺栓承受的預(yù)緊力也較高也較高 材料的氫脆存在應(yīng)力門檻值，應(yīng)力超材料的氫脆存在應(yīng)力門檻值，應(yīng)力超過此門檻值才可能發(fā)生氫脆，且應(yīng)力越大，過此門檻值才可能發(fā)生氫脆，且應(yīng)力越大，氫脆越容易發(fā)生氫脆越容易發(fā)生 因此，裝配應(yīng)力較大也是氫脆的可能因此，裝配應(yīng)力較大也是氫脆的可能原因。原因。典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 改進措施改進措施 降低螺釘?shù)膹姸仍诤线m的范圍，并改降低螺釘?shù)膹姸仍诤线m的范圍，并改善其塑性善其塑性 應(yīng)制定針對措施，加強除氫工藝的穩(wěn)應(yīng)制

8、定針對措施，加強除氫工藝的穩(wěn)定性，以控制氫含量在一個較低的范圍，定性，以控制氫含量在一個較低的范圍，避免氫含量過高誘發(fā)氫脆避免氫含量過高誘發(fā)氫脆 應(yīng)制定規(guī)范的裝配標準，降低裝配應(yīng)應(yīng)制定規(guī)范的裝配標準，降低裝配應(yīng)力的大小和速率，防治螺釘因應(yīng)力過大力的大小和速率，防治螺釘因應(yīng)力過大誘發(fā)氫脆。誘發(fā)氫脆。典型案例分析典型案例分析案例案例1:1: 30CrMnSiNi2A 30CrMnSiNi2A螺釘斷裂分析螺釘斷裂分析 彈簧零件在裝配過程中，發(fā)現(xiàn)有彈簧零件在裝配過程中，發(fā)現(xiàn)有27件斷裂，故障率大于件斷裂，故障率大于27% 彈簧材料為彈簧材料為a，規(guī)格為，規(guī)格為0.6mm 彈簧經(jīng)過繞制成形、回火及表面鍍

9、彈簧經(jīng)過繞制成形、回火及表面鍍鎘處理后成品交付鎘處理后成品交付典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 熱處理后未鍍鎘的內(nèi)外表面未發(fā)現(xiàn)熱處理后未鍍鎘的內(nèi)外表面未發(fā)現(xiàn)明顯的表面損傷和裂紋明顯的表面損傷和裂紋 斷裂彈簧均在多處發(fā)生斷裂。斷裂彈簧均在多處發(fā)生斷裂。典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 表面局部鍍鎘層與正常鍍層形貌不同，表面局部鍍鎘層與正常鍍層形貌不同，呈類似龜裂的特征呈類似龜裂的特征 內(nèi)圈存在多條周向裂紋，其長度有的已內(nèi)圈存在多條周向裂紋，其長度有的已經(jīng)達到半個圓周經(jīng)達到半個圓周典型案例分析典型案例分析案例案例2:2

10、:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 局部區(qū)域存在較為嚴重的表面損傷，其表面的鎘局部區(qū)域存在較為嚴重的表面損傷，其表面的鎘層已經(jīng)出現(xiàn)熔化的跡象，在損傷區(qū)域與未損傷區(qū)域?qū)右呀?jīng)出現(xiàn)熔化的跡象，在損傷區(qū)域與未損傷區(qū)域交界處可以清晰地看到，損傷區(qū)域的鎘層已經(jīng)溶化交界處可以清晰地看到，損傷區(qū)域的鎘層已經(jīng)溶化成顆粒狀，還可見一條軸向裂紋貫穿其中成顆粒狀，還可見一條軸向裂紋貫穿其中典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 彈簧內(nèi)圈表面的徑向裂紋位于表面損傷彈簧內(nèi)圈表面的徑向裂紋位于表面損傷較嚴重的區(qū)域，裂紋長度約為較嚴重的區(qū)域，裂紋長度約為0.4mm典型案例分析典型案例分析案例

11、案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 斷口均由內(nèi)圈表面起源，沿徑向擴展，擴展斷口均由內(nèi)圈表面起源，沿徑向擴展，擴展一定程度后沿軸向快速斷裂形成斜劈斷口一定程度后沿軸向快速斷裂形成斜劈斷口 徑向斷口斷裂特征基本被鎘覆蓋，但仍能判徑向斷口斷裂特征基本被鎘覆蓋，但仍能判斷其起源于彈簧內(nèi)圈表面斷其起源于彈簧內(nèi)圈表面典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 周向斜劈斷口裂紋沿簧絲的變形組織界周向斜劈斷口裂紋沿簧絲的變形組織界面擴展，橫斷面可見韌窩特征面擴展，橫斷面可見韌窩特征典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 斷口當中有的是從

12、內(nèi)圈表面起源徑向擴展并斷口當中有的是從內(nèi)圈表面起源徑向擴展并最終在大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂最終在大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂 其中徑向斷口表面呈解理斷裂特征其中徑向斷口表面呈解理斷裂特征典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 斷裂彈簧磨制金相試樣，通過反復(fù)磨拋觀察斷裂彈簧磨制金相試樣，通過反復(fù)磨拋觀察到到2條徑向裂紋，其中較深的裂紋約條徑向裂紋，其中較深的裂紋約80m，較，較淺的約淺的約60m，在兩個裂紋的附近均存在多條軸，在兩個裂紋的附近均存在多條軸向的二次裂紋向的二次裂紋典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 經(jīng)經(jīng)4%硝酸

13、酒精腐蝕后可以清晰地看到，軸硝酸酒精腐蝕后可以清晰地看到，軸向裂紋均沿著變形組織界面擴展。向裂紋均沿著變形組織界面擴展。典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 斷口的源區(qū)和靠近源區(qū)的軸向斜劈斷口斷口的源區(qū)和靠近源區(qū)的軸向斜劈斷口進行能譜分析進行能譜分析,在整個斷口上均發(fā)現(xiàn)了鎘元在整個斷口上均發(fā)現(xiàn)了鎘元素，其含量呈由外向內(nèi)逐漸增高的趨勢素，其含量呈由外向內(nèi)逐漸增高的趨勢 徑向裂紋和軸向裂紋處均發(fā)現(xiàn)了鎘元素徑向裂紋和軸向裂紋處均發(fā)現(xiàn)了鎘元素的存在，但徑向裂紋鎘元素含量較高的存在，但徑向裂紋鎘元素含量較高典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷

14、裂失效分析 越靠近源區(qū)其鎘元素的含量越高，這表明越靠近源區(qū)其鎘元素的含量越高，這表明斷口上的鎘是由彈簧表面向內(nèi)部擴散的，而斷口上的鎘是由彈簧表面向內(nèi)部擴散的，而彈簧在交付后的裝配過程中沒有高溫和鎘污彈簧在交付后的裝配過程中沒有高溫和鎘污染的條件染的條件 同時，彈簧成批斷裂，且斷成多塊，由此同時，彈簧成批斷裂，且斷成多塊，由此判斷這些徑向裂紋為裝配前就已經(jīng)形成的鎘判斷這些徑向裂紋為裝配前就已經(jīng)形成的鎘脆裂紋，該裂紋導(dǎo)致彈簧的承載能力下降，脆裂紋，該裂紋導(dǎo)致彈簧的承載能力下降，在裝配中發(fā)生過載斷裂在裝配中發(fā)生過載斷裂典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 鎘脆是的

15、一種特殊脆性斷裂形式，形成鎘鎘脆是的一種特殊脆性斷裂形式，形成鎘脆必須滿足三個個基本條件：存在鎘元素、脆必須滿足三個個基本條件：存在鎘元素、適當?shù)睦瓚?yīng)力和較高的溫度適當?shù)睦瓚?yīng)力和較高的溫度 彈簧經(jīng)過表面鍍鎘處理，再加上彎制成形彈簧經(jīng)過表面鍍鎘處理，再加上彎制成形過程后，簧絲具有一定的殘余應(yīng)力，所以其過程后，簧絲具有一定的殘余應(yīng)力，所以其前兩個因素已經(jīng)滿足前兩個因素已經(jīng)滿足典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 發(fā)生鎘脆的第三個必要條件是要存在一個發(fā)生鎘脆的第三個必要條件是要存在一個較高的溫度，從故障發(fā)生的過程來看，整個較高的溫度，從故障發(fā)生的過程來看，整個工藝

16、過程中只有除氫工序才有高溫環(huán)境，所工藝過程中只有除氫工序才有高溫環(huán)境，所以該故障應(yīng)出現(xiàn)在除氫工序以該故障應(yīng)出現(xiàn)在除氫工序 鎘的熔點只有鎘的熔點只有321，所以鍍鎘件的除氫，所以鍍鎘件的除氫溫度相對較低，一般在溫度相對較低，一般在200左右，工藝上左右，工藝上要求鍍鎘件在除氫時要嚴格控制除氫溫度和要求鍍鎘件在除氫時要嚴格控制除氫溫度和時間時間典型案例分析典型案例分析案例案例2:2:彈簧斷裂失效分析彈簧斷裂失效分析 M846mm的十字槽的十字槽90沉頭螺栓在裝沉頭螺栓在裝配一個多月后發(fā)現(xiàn)在螺紋部位斷裂配一個多月后發(fā)現(xiàn)在螺紋部位斷裂 該螺栓材料為該螺栓材料為ML30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼，按結(jié)構(gòu)鋼，按

17、照照HB1-132-95標準進行生產(chǎn)標準進行生產(chǎn) 螺栓基本加工流程為：冷鐓螺栓基本加工流程為：冷鐓銑槽銑槽去去毛刺毛刺打標記打標記磨削磨削搓絲搓絲熱處理熱處理噴砂噴砂鍍鋅鍍鋅除氫除氫驗收包裝驗收包裝典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 螺栓斷裂位于第一扣螺紋處，斷裂從螺栓螺紋牙底呈線性螺栓斷裂位于第一扣螺紋處，斷裂從螺栓螺紋牙底呈線性起源，斷口的放射棱線粗大，斷口附近無明顯宏觀塑性變形，起源，斷口的放射棱線粗大，斷口附近無明顯宏觀塑性變形，斷口平齊，呈暗灰色，斷面粗糙，低倍下可見閃光小刻面斷口平齊，呈暗灰色，斷面粗

18、糙，低倍下可見閃光小刻面 斷口微觀特征呈現(xiàn)以沿晶為主斷口微觀特征呈現(xiàn)以沿晶為主+韌窩的混合斷裂形貌，且存韌窩的混合斷裂形貌，且存在沿晶二次裂紋。瞬斷區(qū)為韌窩斷裂特征在沿晶二次裂紋。瞬斷區(qū)為韌窩斷裂特征典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 在靠近斷口位置截取金相試樣，磨拋后經(jīng)在靠近斷口位置截取金相試樣，磨拋后經(jīng)4%硝酸酒精浸蝕后觀察。螺栓顯微組織為較硝酸酒精浸蝕后觀察。螺栓顯微組織為較粗大的回火馬氏體粗大的回火馬氏體 對斷裂螺栓和同批次螺栓進行硬度測定，對斷裂螺栓和同批次螺栓進行硬度測定，并根據(jù)國標換算為抗拉強度值。

19、換算所得平均并根據(jù)國標換算為抗拉強度值。換算所得平均抗拉強度值均在抗拉強度值均在1242 MPa左右，雖在其技術(shù)左右，雖在其技術(shù)要求規(guī)定的要求規(guī)定的10751275 MPa范圍內(nèi)，但偏上范圍內(nèi)，但偏上限限典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 對同批次螺栓采用化學(xué)粉末法對其化學(xué)成分進行對同批次螺栓采用化學(xué)粉末法對其化學(xué)成分進行了檢測，螺栓的化學(xué)成分符合技術(shù)要求，但了檢測，螺栓的化學(xué)成分符合技術(shù)要求，但C含量含量基本為上限值基本為上限值 對斷裂螺栓和同批次螺栓進行了氫含量測定，螺對斷裂螺栓和同批次螺栓進行了氫含量測定，

20、螺栓氫含量均為栓氫含量均為1 ppm 對同批次螺栓進行破壞拉力試驗，螺栓平均破壞對同批次螺栓進行破壞拉力試驗，螺栓平均破壞載荷為載荷為45.95KN，計算得出螺栓材料的平均抗拉強，計算得出螺栓材料的平均抗拉強度為度為1255MPa。該結(jié)果與顯微硬度檢測換算所得的。該結(jié)果與顯微硬度檢測換算所得的平均抗拉強度值基本一致平均抗拉強度值基本一致典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 對破壞拉力試驗斷口進行了宏微觀觀察對破壞拉力試驗斷口進行了宏微觀觀察 斷裂起源于螺紋根部表面，源區(qū)和瞬斷區(qū)微觀特征分斷裂起源于螺紋根部表面，源區(qū)

21、和瞬斷區(qū)微觀特征分別為等軸韌窩和拉長韌窩形貌。而斷口中部宏觀上呈現(xiàn)別為等軸韌窩和拉長韌窩形貌。而斷口中部宏觀上呈現(xiàn)閃光小刻面特征閃光小刻面特征 微觀上為穿晶光滑小刻面微觀上為穿晶光滑小刻面+沿晶沿晶+韌窩的混合斷裂特征韌窩的混合斷裂特征典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 為使螺栓的斷裂性質(zhì)得以確認，對同為使螺栓的斷裂性質(zhì)得以確認，對同批次螺栓按照批次螺栓按照GJB715.12-90緊固件試緊固件試驗方法驗方法應(yīng)力持久性應(yīng)力持久性進行模擬試驗。進行模擬試驗。 根據(jù)標準要求，兩模擬試驗各選取根據(jù)標準要求，兩模擬試驗各

22、選取6根試樣，每三根試樣串聯(lián)連接分為兩組。根試樣，每三根試樣串聯(lián)連接分為兩組。典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 根據(jù)模擬試驗結(jié)果可以看出，兩個試樣分別在根據(jù)模擬試驗結(jié)果可以看出，兩個試樣分別在模擬試驗的模擬試驗的101h45min和和21h25min時發(fā)生斷裂。時發(fā)生斷裂。 根據(jù)根據(jù)GJB715.12-90對于試驗結(jié)果評定的規(guī)定，對于試驗結(jié)果評定的規(guī)定，故障批次螺栓氫脆性能不合格，故障再現(xiàn)。故障批次螺栓氫脆性能不合格，故障再現(xiàn)。試驗標準試驗標準載荷載荷試驗時間試驗時間是否合格是否合格HB5067-8534.46

23、 kN101h45min斷裂合格200h合格GJB715.12-9027.93kN200h21h25min合格斷裂200h合格典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 斷裂螺栓均位于第五扣螺紋處，斷口上存在特征明顯不斷裂螺栓均位于第五扣螺紋處，斷口上存在特征明顯不同的三個區(qū)域，即纖維狀區(qū)、顆粒狀區(qū)及最后的剪切唇區(qū)同的三個區(qū)域，即纖維狀區(qū)、顆粒狀區(qū)及最后的剪切唇區(qū) 斷口微觀低倍形貌可見裂紋起源于次表面，次表面較窄斷口微觀低倍形貌可見裂紋起源于次表面，次表面較窄的區(qū)域為以沿晶為主的區(qū)域為以沿晶為主+韌窩的斷裂特征，晶面上隱

24、約可見韌窩的斷裂特征，晶面上隱約可見變形痕跡變形痕跡典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 纖維狀區(qū)為典型的韌窩斷裂特征纖維狀區(qū)為典型的韌窩斷裂特征 顆粒狀區(qū)的斷裂特征與破壞拉力試驗斷口的顆粒狀區(qū)基本顆粒狀區(qū)的斷裂特征與破壞拉力試驗斷口的顆粒狀區(qū)基本相同，宏觀上呈現(xiàn)閃光小刻面特征，微觀上為穿晶光滑小刻相同，宏觀上呈現(xiàn)閃光小刻面特征，微觀上為穿晶光滑小刻面面+沿晶沿晶+韌窩的混合斷裂特征韌窩的混合斷裂特征典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析

25、 從前面各項試驗結(jié)果可知，螺栓斷口無明顯宏從前面各項試驗結(jié)果可知，螺栓斷口無明顯宏觀塑性變形，斷口比較平齊，有放射花樣觀塑性變形，斷口比較平齊，有放射花樣 斷口微觀上呈以沿晶為主的斷裂特征，且晶面斷口微觀上呈以沿晶為主的斷裂特征，且晶面上可見雞爪痕上可見雞爪痕 顯微裂紋呈斷續(xù)而曲折的鋸齒狀顯微裂紋呈斷續(xù)而曲折的鋸齒狀 斷裂部位位于螺紋齒底，存在明顯的應(yīng)力集中斷裂部位位于螺紋齒底，存在明顯的應(yīng)力集中 工作應(yīng)力主要是靜拉伸應(yīng)力，且為延遲斷裂工作應(yīng)力主要是靜拉伸應(yīng)力，且為延遲斷裂 結(jié)合模擬試驗結(jié)果可知，失效螺栓斷裂性質(zhì)為結(jié)合模擬試驗結(jié)果可知，失效螺栓斷裂性質(zhì)為氫致脆性斷裂氫致脆性斷裂典型案例分析典型

26、案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 螺栓發(fā)生氫致脆性斷裂，與其材質(zhì)的氫含量密切相關(guān)螺栓發(fā)生氫致脆性斷裂，與其材質(zhì)的氫含量密切相關(guān) 由試驗結(jié)果可知，失效螺栓的氫含量僅為由試驗結(jié)果可知，失效螺栓的氫含量僅為1ppm，氫，氫含量并不高。但是，檢測所得的氫含量（含量并不高。但是，檢測所得的氫含量（1ppm）為材）為材料內(nèi)部的平均氫含量料內(nèi)部的平均氫含量 而對于金屬材料發(fā)生氫致脆性斷裂，主要是由于而對于金屬材料發(fā)生氫致脆性斷裂，主要是由于H的的擴散、富集引起的，故材料的氫脆敏感性隨可擴散氫濃擴散、富集引起的，故材料的氫脆敏感性隨可擴散氫濃

27、度的升高而升高度的升高而升高 并且，材料中可擴散氫在與局部應(yīng)力場的交互作用下，并且，材料中可擴散氫在與局部應(yīng)力場的交互作用下，存在應(yīng)力誘發(fā)氫擴散和聚集造成氫的局部高濃度偏聚的存在應(yīng)力誘發(fā)氫擴散和聚集造成氫的局部高濃度偏聚的特性特性典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 失效螺栓工作過程中承受靜拉伸應(yīng)力作用，而在在螺栓失效螺栓工作過程中承受靜拉伸應(yīng)力作用，而在在螺栓螺紋齒底，存在明顯的應(yīng)力集中螺紋齒底，存在明顯的應(yīng)力集中 金屬中的平均氫含量較低，但是存在氫原子向應(yīng)力集中金屬中的平均氫含量較低，但是存在氫原子向應(yīng)力集中部

28、位擴散和偏聚現(xiàn)象，當局部氫含量達到一定程度后，此部位擴散和偏聚現(xiàn)象，當局部氫含量達到一定程度后，此時氫原子與位錯交互作用，使位錯線被釘扎，不能再自由時氫原子與位錯交互作用，使位錯線被釘扎，不能再自由活動，從而使基體變脆活動，從而使基體變脆 按照工程經(jīng)驗，按照工程經(jīng)驗，30CrMnSiA等中高強度鋼平均氫含量等中高強度鋼平均氫含量一般在一般在5ppm以上時，存在發(fā)生氫致脆性斷裂的可能以上時，存在發(fā)生氫致脆性斷裂的可能 失效螺栓平均氫含量僅為失效螺栓平均氫含量僅為1ppm，而該強度級別的合金，而該強度級別的合金鋼，采用常規(guī)的除氫熱處理工藝，其材料內(nèi)部平均氫含量鋼，采用常規(guī)的除氫熱處理工藝，其材料內(nèi)

29、部平均氫含量一般也在該數(shù)量范圍左右一般也在該數(shù)量范圍左右 1ppm的平均氫含量并不易導(dǎo)致其發(fā)生氫致脆性斷裂的平均氫含量并不易導(dǎo)致其發(fā)生氫致脆性斷裂典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 同批次螺栓的破壞拉力試驗和模擬試驗中，同批次螺栓的破壞拉力試驗和模擬試驗中，斷裂螺栓斷口的快速斷裂區(qū)斷口形貌為穿晶光斷裂螺栓斷口的快速斷裂區(qū)斷口形貌為穿晶光滑刻滑刻+沿晶沿晶+韌窩的混合斷裂特征韌窩的混合斷裂特征 一般的合金鋼材質(zhì)，在一定的速率下進行一般的合金鋼材質(zhì)，在一定的速率下進行拉伸或沖擊，其斷裂斷口特征表現(xiàn)為沿晶特征，拉伸或沖

30、擊，其斷裂斷口特征表現(xiàn)為沿晶特征，除環(huán)境介質(zhì)作用外，一般存在三種可能除環(huán)境介質(zhì)作用外，一般存在三種可能 晶界沉淀相引起的沿晶斷裂；晶界沉淀相引起的沿晶斷裂； 回火脆；回火脆； 金屬的過熱過燒金屬的過熱過燒典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 通過對材質(zhì)的金相組織觀察，并未發(fā)現(xiàn)晶界第通過對材質(zhì)的金相組織觀察，并未發(fā)現(xiàn)晶界第二相的析出，也未存在過熱過燒現(xiàn)象。二相的析出，也未存在過熱過燒現(xiàn)象。 因此，從因此，從斷口特征來看，該批次螺栓應(yīng)存在回火脆化現(xiàn)象斷口特征來看，該批次螺栓應(yīng)存在回火脆化現(xiàn)象 回火脆化是由于雜質(zhì)在晶界上

31、偏析導(dǎo)致晶界強回火脆化是由于雜質(zhì)在晶界上偏析導(dǎo)致晶界強度降低而使材料韌性降低，當晶界強度高于晶內(nèi)強度降低而使材料韌性降低，當晶界強度高于晶內(nèi)強度時為準解理穿晶斷裂，當回火程度較高時，晶界度時為準解理穿晶斷裂，當回火程度較高時，晶界強度低于晶內(nèi)強度時為沿晶斷裂強度低于晶內(nèi)強度時為沿晶斷裂 根據(jù)模擬試驗斷口的穿晶根據(jù)模擬試驗斷口的穿晶+沿晶沿晶+韌窩的斷裂特韌窩的斷裂特征可以判定，該批次螺栓存在中等程度的回火脆化征可以判定，該批次螺栓存在中等程度的回火脆化典型案例分析典型案例分析案例案例3:3:ML30CrMnSiAML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 研究結(jié)果表明，回火脆化對于

32、氫致脆性斷裂研究結(jié)果表明，回火脆化對于氫致脆性斷裂起著明顯的促進作用起著明顯的促進作用 回火脆化程度較小，回火脆化和氫脆為線性回火脆化程度較小，回火脆化和氫脆為線性相加；回火脆化程度較大，回火脆化將大大加相加；回火脆化程度較大，回火脆化將大大加劇氫脆程度。劇氫脆程度。 回火脆化將降低材料發(fā)生氫致脆性斷裂的氫回火脆化將降低材料發(fā)生氫致脆性斷裂的氫含量門檻值含量門檻值 失效螺栓在較低的氫含量下發(fā)生氫致脆性斷失效螺栓在較低的氫含量下發(fā)生氫致脆性斷裂，其主要原因是由于螺栓存在一定程度的回裂，其主要原因是由于螺栓存在一定程度的回火脆化?；鸫嗷５湫桶咐治龅湫桶咐治霭咐咐?:3:ML30CrMnSi

33、AML30CrMnSiA螺栓斷裂原因分析螺栓斷裂原因分析 材料內(nèi)部的氫含量對其發(fā)生氫脆斷裂的影響往往又受材料內(nèi)部的氫含量對其發(fā)生氫脆斷裂的影響往往又受到材料強度高低、成分和組織狀態(tài)等因素的影響到材料強度高低、成分和組織狀態(tài)等因素的影響 研究表明，對鋼來說，一般情況下隨材料強度升高，研究表明，對鋼來說，一般情況下隨材料強度升高，在各種介質(zhì)中的氫致滯后斷裂門檻應(yīng)力強度因子在各種介質(zhì)中的氫致滯后斷裂門檻應(yīng)力強度因子KIH均下均下降降 30CrMnSiA材料為中高強度鋼，其自身存在一定的材料為中高強度鋼，其自身存在一定的氫脆敏感性，且試驗結(jié)果表明，螺栓的化學(xué)成分中氫脆敏感性，且試驗結(jié)果表明，螺栓的化學(xué)成分中C含含量偏上限，量偏上限，C元素含量過高一方面使得材料的強度增加，元素含量過高一方面使得材料的強度增加，且還會促進且還會促進S、P等元素對氫脆的危害性，從而使得材料等元素對氫脆的危害性，從而使得材料對氫脆的敏感性增加。對氫脆的敏感性增加。 粗大的馬