【文章內(nèi)容簡介】 展破斷。屬于疲勞斷裂。預(yù)防措施 （1）采用材質(zhì)好的曲軸材料，進(jìn)行高溫除氫退火處理。 （2）提高淬火回火冷卻速度，進(jìn)行合理的調(diào)質(zhì)處理。案例4 汽車發(fā)動機(jī)球鐵曲軸斷裂失效分析事故調(diào)查 某運行客車行駛7000公里發(fā)動機(jī)出現(xiàn)異常，曲軸斷裂。斷裂部位在軸頸沿曲柄約45o 截面開裂。斷口平直。軸頸表面光滑，沒有軸瓦抱死軸頸現(xiàn)象。曲軸材料為球墨鑄鐵，經(jīng)過正火處理。工作載荷分析曲軸受到彎曲—扭轉(zhuǎn)載荷作用，并受到?jīng)_擊載荷作用。軸頸表面受到摩擦。軸頸與曲柄過渡圓角處交變應(yīng)力最大，易發(fā)生疲勞裂紋。金相組織分析組織為珠光體（90%）+球狀石墨+少量鐵素體。石墨級別為3級，球徑大小為5級。組織符合JB1802—1976球鐵標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械性能測試 抗拉強度：800MPa， 伸長率：4% 硬度：280HB（標(biāo)準(zhǔn)240320HB） 符合QC/T481—1999汽車發(fā)動機(jī)曲軸技術(shù)條件要求。斷口分析裂紋在軸頸與曲柄過渡圓角處產(chǎn)生，穿過曲柄截面而斷裂，呈現(xiàn)貝殼狀擴(kuò)展花樣。過渡圓角表面加工刀痕多、較深。超過QC/T481—1999規(guī)定要求（≤ ）。失效原因 軸頸與曲柄過渡圓角處表面加工刀痕過深，應(yīng)力集中。 在彎曲交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展而發(fā)生疲勞斷裂。 改進(jìn)措施：提高軸頸與曲柄過渡圓角處表面加工質(zhì)量，降低表面粗糙度。案例5 汽車發(fā)動機(jī)鋼曲軸斷裂失效分析情況調(diào)研 貨車6缸柴油發(fā)動機(jī)運行8910公里曲軸斷裂。 曲軸材料為42CrMo鋼。 熱處理工藝：鍛造后正火、調(diào)質(zhì)處理。 最終軸頸和圓角表面中頻淬火。宏觀分析 斷裂部位在第6缸曲拐頸處。斷口邊緣無明顯塑性變形。 斷面位于油道孔。微觀分析 油道孔口與其倒角圓錐面交界處存在加工毛刺與刀痕。顯微組織觀察軸頸6mm處組織為：回火索氏體+屈氏體+針狀鐵素體。符合Q/DC4044—2002標(biāo)準(zhǔn)的要求。曲拐頸表面組織：微細(xì)馬氏體（6級），符合GB/T9024—1999標(biāo)準(zhǔn)的要求。掃描電鏡觀察 斷口可見疲勞輝紋。疲勞源位于油道孔口與其倒角圓錐面交界處?；瘜W(xué)成分分析 %C, %Si,%Mn,%S, %P,%Cr,%Mo 成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)。硬度測定 基體平均硬度： 30HRC 表面淬火層硬度：51HRC 符合設(shè)計要求。失效原因油道孔口與其倒角圓錐面交界處存在加工毛刺與刀痕。在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力與彎曲應(yīng)力聯(lián)合作用下，交界處產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展發(fā)生斷裂。改進(jìn)措施：提高油道孔口與其倒角圓錐面交界處表面質(zhì)量。案例6 軋鋼機(jī)主傳動軸斷裂失效分析事故調(diào)查 軋鋼機(jī)主傳動軸用45鋼制造，正火處理。工作時用水冷卻軸頸。軸頸磨損，用不銹鋼焊條多次進(jìn)行堆焊修復(fù)使用。運行時突然斷為3截。粗視分析 其中一個斷口與軸線成45度角，斷口上清晰可見貝殼紋。另一個斷口與軸線垂直，斷口周圍有老裂紋。斷口電鏡分析 在斷口上觀察到疲勞輝紋與腐蝕點。在瞬斷區(qū)出現(xiàn)河流花樣。結(jié)論 主傳動軸反復(fù)堆焊，造成堆焊層缺陷和內(nèi)應(yīng)力。主傳動軸在彎曲循環(huán)應(yīng)力作用下，發(fā)生疲勞斷裂+脆性斷裂。建議限制堆焊修復(fù)使用次數(shù)。堆焊修復(fù)后進(jìn)行探傷檢查。案例7 三輪車車軸斷裂失效分析粗視分析車軸在螺紋處斷裂。車軸斷口心部存在嚴(yán)重縮孔、疏松和裂紋。是含有嚴(yán)重缺陷的鑄態(tài)組織。脆性大、強度低、韌性差。顯微分析斷口在螺紋根部。斷口心部粗大晶粒。結(jié)論 （1）車軸斷口心部存在嚴(yán)重縮孔、疏松和裂紋等缺陷，晶粒粗大。含有嚴(yán)重缺陷的鑄態(tài)組織。 （2）車軸脆性大、強度低、韌性差。在受到稍大沖擊力作用時發(fā)生快速斷裂。建議 （1）如有必要，可對車軸材料進(jìn)行化學(xué)成分分析，以確認(rèn)材料。 （2）建議車軸采用45鋼制造。三、彈簧失效分析彈簧在載荷作用產(chǎn)生下變形時，把機(jī)械功或動能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡?；在恢?fù)變形時，把形變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芑驒C(jī)械功。彈簧的失效形式：(1) 塑性變形 載荷去掉后，彈簧不能恢復(fù)到原始尺寸和形狀。(2) 疲勞斷裂 在交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生疲勞源，裂紋擴(kuò)展造成斷裂。 (3) 快速脆性斷裂 存在缺陷，當(dāng)受到過大的沖擊載荷時，發(fā)生突然脆性斷裂。(4) 腐蝕斷裂及永久變形 在腐蝕性介質(zhì)中使用的彈簧產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。高溫下使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形。案例8 汽車板簧斷裂失效分析 汽車板簧工作條件分析板簧具有減震作用。板簧受到彎矩和震動作用。 粗視分析（1）斷口表面進(jìn)行仔細(xì)清洗，在視頻顯微分析儀下觀察。斷口左下方有明顯的疲勞斷裂形貌。（2）板簧表面（斷口附近）存在熱加工缺陷折疊。折疊上有許多裂紋 。顯微分析觀察到裂紋擴(kuò)展形貌。 結(jié)論（1）板簧表面存在嚴(yán)重的熱加工缺陷折疊。折疊造成了表面裂紋。（2）疲勞源在折疊造成的表面裂紋處形成。板簧斷裂位置處于應(yīng)力集中處。裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展，最后造成板簧斷裂。（3）斷口具有典型的疲勞斷口特征，該板簧為疲勞斷裂。建議避免熱加工缺陷產(chǎn)生。案例9 客車氣罐放水閥彈簧斷裂失效分析氣罐放水閥的工作條件分析閥芯在彈簧力的作用下，緊壓閥座，保持氣罐及氣路中的氣體壓力。達(dá)到氣動剎車的作用。 如果密封不嚴(yán)，氣體泄漏，氣壓不足，剎車失靈。 彈簧受力不大，壓縮次數(shù)不頻繁。彈簧浸泡于水油混和物（含氧、硫），受到腐蝕。粗視分析 用立體顯微鏡觀察。 （1）閥芯下端面保持完好，無撞擊痕跡。 （2）彈簧已嚴(yán)重腐蝕。 mm， mm。 （3）斷裂部分?jǐn)嗫谔幉牧弦褔?yán)重腐蝕。掃描電鏡分析 用S450型掃描電鏡，對斷裂彈簧進(jìn)行微觀分析。彈簧嚴(yán)重腐蝕區(qū)存在大量疏松的腐蝕產(chǎn)物。局部區(qū)域腐蝕產(chǎn)物已大量剝落。彈簧斷裂斷口處未發(fā)現(xiàn)疲勞破斷特征，斷口處呈不規(guī)則的腐蝕表面。結(jié)論 （1）閥芯下端面保持完好，無撞擊痕跡。 （2）彈簧斷裂斷口無疲勞破壞特征，斷口呈不規(guī)則的腐蝕表面。 （3）彈簧受到嚴(yán)重腐蝕。彈簧絲局部截面大大減少，材料變脆，發(fā)生斷裂。放水閥不能密封，造成氣壓不足，剎車失靈。預(yù)防措施 （1）定期檢修氣罐放水閥，及時更換腐蝕的彈簧。 （2）采用耐蝕性好的不銹鋼彈簧。四、容器、殼體失效分析容器、殼體的失效方式 （1）破裂 （2）高溫蠕變 （3）腐蝕案例10 催化裂化再生器殼體開裂失效分析事故調(diào)查 某化工廠一臺重油催化裂化裝置運行幾年后，催化裂化再生器殼體開裂。 再生器殼體由20g鋼制造。 。 工作溫度640℃ 。宏觀觀察殼體裂紋數(shù)量多。裂紋從里往外擴(kuò)展。裂紋主要分布在焊縫上，母材上有少量裂紋。成分分析 母材和焊縫成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)。拉伸試驗 拉伸試驗表明，母材和焊縫拉伸性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)顯微分析 裂紋從里往外擴(kuò)展，無明顯塑性變形。裂紋根部的寬度較窄，大多呈樹枝狀分叉，沿晶擴(kuò)展。斷口上有大量腐蝕產(chǎn)物。結(jié)論 催化裂化再生器殼體開裂的原因是應(yīng)力腐蝕開裂。建議更換抗蝕性能較好的材料。案例11 汽車離合器殼體開裂失效分析粗視分析 離合器殼體由鋁合金鑄造而成。 一個殼體已破斷為兩部分。 一個殼體一側(cè)的裂紋長220mm, 另一側(cè)有一條15mm長的裂紋。裂紋的起始位置均在殼體側(cè)面下方的交界處。 殼體側(cè)面的內(nèi)表面呈135176。和90176。夾角, 無明顯的過渡園角。 裂紋擴(kuò)展方向與該處所受拉應(yīng)力的方向垂直?，F(xiàn)場調(diào)研 離合器安裝情況：離合器左邊與發(fā)動機(jī)相聯(lián), 右邊與變速器相聯(lián)。離合器殼體受到較大彎矩作用。發(fā)動機(jī)工作時, 殼體受到強烈振動。 殼體下部受到瞬時大的拉應(yīng)力作用, 在應(yīng)力集中處容易產(chǎn)生裂紋造成開裂或破斷。立體顯微鏡下觀察 斷裂面有放射狀撕裂棱。斷面上有許多閃光的小點, 同時發(fā)現(xiàn)有園形、橢園形的空洞。這些空洞的內(nèi)表面呈熔融金屬凝固態(tài), 為鑄造缺陷氣孔。顯微分析觀察裂紋形態(tài)及擴(kuò)展方向。裂紋端部位于殼體兩側(cè)面內(nèi)表面相交處, 裂紋上及其附近有大大小小的氣孔, 裂紋垂直于殼體邊緣擴(kuò)展。 金相顯微組織由白色的a固溶體+灰色的條狀及小塊狀的Si晶體+黑色細(xì)針狀A(yù)iSiFe化合物組成。黑色針狀A(yù)lSiFe化合物為有害相, 導(dǎo)致殼體材料的韌性下降。裂紋穿過氣孔, 并沿針狀A(yù)lSiFe化合物界面擴(kuò)展。掃描電鏡分析 沿晶界或相界擴(kuò)展的微細(xì)裂紋。平整的晶體平面。觀察到晶界和晶內(nèi)的裂紋。該殼體材料的斷裂機(jī)制為一種包含沿晶(或相界)斷裂和穿晶斷裂兩種形式的混合斷裂。在裂紋快速擴(kuò)展區(qū)斷裂形貌呈山脊?fàn)钏毫牙?。能譜成分分析 對殼體材料和組織中的條狀物進(jìn)行成分分析。合金的成分接近于鑄造鋁合金ZL102(ZL102成分: 90~87%Al, 10~13%Si)。含有Fe, 生成有害相細(xì)針狀的AlSiFe化合物, 降低了該合金的韌性。 條狀物的Si含量很高, 確定其為Si晶體。 硬度測定 (1) 布氏硬度測定 硬度為54～61HB。該殼體的硬度值與鑄造鋁合金ZL102的硬度相近。 (2) 顯微硬度測定白色塊狀物 條狀物 合金的硬度較低, 反映該合金的強度也較低, 只能用于對強度要求不高的鑄件。斷裂原因分析 (1) 所用材料強度低, 氣孔多。合金含鐵量高, 出現(xiàn)較多的針狀A(yù)lSiFe化合物, 使韌性大大降低。 (2) 殼體兩側(cè)面的內(nèi)表面無明顯的過渡園角, 導(dǎo)致應(yīng)力集中。 (3) 安裝結(jié)構(gòu)不甚合理, 導(dǎo)致殼體承受彎矩過大, 振動厲害。易于開裂。 (4) 殼體受彎矩作用, 同時受到強烈振動, 迭加了扭矩, 在殼體應(yīng)力集中處產(chǎn)生微裂紋, 裂紋擴(kuò)展, 導(dǎo)致開裂、破斷。改進(jìn)措施 (1) 材料方面: a. 更換材料, 采用強度較高的ZL10ZL109。 b. 降低含鐵量, 進(jìn)行良好的變質(zhì)處理。 (2) 殼體結(jié)構(gòu)方面: 將殼體側(cè)面內(nèi)表面尖角相交改為園角過渡。(3) 改進(jìn)發(fā)動機(jī)－離合器－變速器安裝方式, 以減輕殼體所承受的彎矩及振動。案例12 不銹鋼管應(yīng)力腐蝕破壞現(xiàn)場調(diào)查一洗衣粉車間噴粉塔管道爆裂。材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼。管內(nèi)輸送pH值為910 的漿料。漿料主要由三聚磷酸鈉、純堿、水等組成。管內(nèi)工作壓力為78MPa。溫度6070℃。 不銹鋼管外套一根碳素鋼管，兩管之間通熱水。熱水溫度低于100℃。 粗視分析 爆裂不銹鋼管道外壁呈暗褐的氧化色，管內(nèi)沉積堅硬的白色漿料沉積物。爆裂口管壁有輕度膨脹，周圍有縱向裂紋。顯微觀察 裂紋起源于管子外表面腐蝕坑處。以樹枝狀向內(nèi)擴(kuò)展。 裂縫內(nèi)充滿淺灰色腐蝕產(chǎn)物。高倍下觀察，爆裂部位的顯微組織為較細(xì)小的奧氏體。裂紋為沿晶及穿晶走向。爆裂原因分析不銹鋼管外壁長期在熱水中浸泡，表面有缺陷的地方被選擇性腐蝕，成為腐蝕坑。不銹鋼管內(nèi)承受高壓作用，管壁承受較大拉應(yīng)力。在腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。腐蝕坑處盟生裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致管子爆裂。建議：在不銹鋼外壁噴涂一層耐熱、耐蝕聚合物涂層（如聚四氟乙烯），防止產(chǎn)生點腐蝕。案例13 裂解爐管斷裂失效分析宏觀分析某乙烯廠一臺裂解爐運行時爐管斷裂。材料為4Cr25Ni20，離心澆鑄管。斷口位于焊縫熱影響區(qū)。斷口呈結(jié)晶狀正斷斷口。沒有明顯塑性變形。焊縫處進(jìn)行了車削加工。比原壁厚減薄15%20%。金相分析斷口附近材料組織變化較大。奧氏體晶粒粗化，原來彌散分布的二次碳化物聚集成粒狀。晶界出現(xiàn)塊狀和條狀碳化物。離斷口越遠(yuǎn)，組織越趨于正常。斷裂原因分析調(diào)研了解到運行時斷水而報警器失靈。爐膛嚴(yán)重超溫引起爐管過熱、局部過燒。組織惡化使材料高溫性能大大減低，導(dǎo)致斷裂。解決措施加強設(shè)備維修，嚴(yán)防無水運行。五、汽車零部件失效分析案例14 汽車下擺臂斷裂失效分析粗視分析雙橫臂式獨立懸架起緩沖、減振和導(dǎo)向的作用,在汽車的前輪上應(yīng)用廣泛。下擺臂螺紋部分?jǐn)嗔?。?jù)了解，下擺臂采用45號鋼制造。顯微組織分析零件的組織是索氏體＋網(wǎng)狀鐵素體。 45號鋼制造桿件，為保證強度，應(yīng)當(dāng)采用調(diào)質(zhì)處理，組織是回火索氏體。該下擺臂組織不符合要求。電鏡觀察及分析 組織為鐵素體和珠光體，鐵素體呈網(wǎng)狀分布。 在3000倍下可以看出，珠光體中的鐵素體呈片狀分布，這說明零件沒有經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。斷口分析電鏡觀察，斷面出現(xiàn)明顯的韌窩狀形貌，斷口的斷裂類型為韌性斷裂。零件材料存在較多的雜質(zhì)。結(jié)論 （1）下擺臂沒有經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，組織為索氏