ER50_6拉拔断裂原因分析_陈修明
2011年第5期
49
ER50-6拉拔断裂原因分析
Analysis of Drawing Fracture Cause of ER50-6
供稿|陈修明，刘斌，范众维/ CHEN Xiu-ming ， LIU bin ，FAN Zhong-wei
作者单位：方大特钢科技股份有限公司技术中心，江西 南昌 330012
CO 2气体保护焊接是一种高效、优质、低耗、节能和使用方便的焊接工艺方法[1]。随着中国焊接自动化水平的快速发展，近十几年来，气体保护焊丝发展较快，产能、产量不断提高，占焊接材料的比例持续增长。ER50-6焊接盘条用于生产二氧化碳气体保护焊丝，为气体保护焊丝用量较大的一个品种，要求盘条易变形、不断丝。根据用户需求盘条通常经过拉丝机多道次变形，由φ5.5规格加工成1.2、1.0、0.8 mm 等规格的焊丝，要求焊丝焊接时飞溅少、无气孔。
用户试用
方大特钢ER50-6盘条发至
焊丝厂进行试用，在粗拉加工过程发生断丝。
工艺路线：开卷机开卷→机械剥壳→硫酸酸洗→清洗残酸→硼化处理→烘箱烘干→粗拉（φ5.5→φ4.8→φ4.15→φ3.5→φ3.0→φ2.58→φ2.30 mm ）。
φ5.5 mm 规格盘条经过第1道次变形至φ4.8 mm 后，在钢丝表面开始出现间隔的横向裂纹（图1），裂纹类似干裂的土地，在其后经过各个道次变形，均不同程度拉拔脆断。为了分析脆断原因，取回两个脆断样品，标识为A 样、B 样。
盘条粗拉经过7道次变形拉拔至φ2.3 mm ，在吐丝过程发生断丝，观察钢丝表面存在间隔的
“V ”形裂纹（图2），用手掰开裂纹呈现类似翘皮的形态。
影响拉拔断裂的原因分析
晶粒异常粗大造成拉拔断裂 对取回φ4.8 mm 规格脆断钢丝A 样进行制样，抛光后用3%硝酸酒精溶液腐蚀后，在光学显微镜下观察横截面，发现边部晶粒粗大，晶粒度为5.0级；心部晶粒正常，晶粒度为8.5级（图3）。边部晶粒异常粗大，使边部基体塑性降低，在拉拔时变形抗力不如心部的细晶区，裂纹源首先在表面产生，随着变形量的增加，不断的向纵深发展，最后使
得细晶区也不能承受拉应力，造成钢丝脆断。
图1 φ4.8 mm 规格钢丝表面横向裂纹图
2
φ2.3 mm
钢丝表面“V ”形裂纹图3 晶粒度边部5.0级，中心8.5级
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2011年第5期
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故障分析
造成钢材边部晶粒粗大的主要成因为轧制过程中表面变形量，在减定径29#、30#轧机进入5%～10%的临界变形区间[2]，在局部晶粒异常长大；由于吐丝温度高，在进入保温罩缓慢冷却时，盘条搭接点温度仍在Ar3以上，该部分粗晶粒迅速吞食小晶粒，造成边部晶粒迅速粗化。
较多粒状贝氏体造成拉拔断裂
对取回φ4.8 mm 规格脆断钢丝B 样，在光学显微镜下观察横截面，发现横截面存在较多的粒状贝氏体组织（图4），粒状贝氏体是在高密度位错的铁素体基体上，弥散分布着由马氏体和残余奥氏体组成的小岛，由于这些小岛呈颗粒状，故称为粒状贝氏体[3]。ER50-6盘条为低碳钢，基体主要为先共析铁素体，塑性较好，有利于延性变形；粒状贝氏体组织强度高于基体，塑性较低，在粗拉前几道次，塑性变形首先在先共析铁素体中进行，粒状贝氏体屈服强度高，开始不发生变形，在两相界面处产生显微裂纹，随着拉拔道次的增加，裂纹不断扩展，最后造成拉拔断裂[2]。
ER50-6盘条锰元素含量高，再加上铸坯枝晶偏析[4]，使局部锰含量更高，大大增加奥氏体稳
定，延长奥氏体分解时间，现有工艺2.5 ℃/s 的冷却速度，极易形成大量粒状贝氏体；另外奥氏体的晶粒粗大更增加了奥氏体稳定性，往往粒状贝氏体与粗大晶粒相伴而生。
表面缺陷造成拉拔断裂对取回的φ2.3 mm 钢丝缺陷样，在光学显微镜下观察横截面，裂纹内有氧化物，结合钢丝裂纹形貌，应判定为折叠缺陷（图5）。折叠为轧制表面缺陷，拉拔变形过程，逐渐被拉长、拉深，一般进行小的变形量不容易产生断裂；当拉拔至较小规格时，随着塑性变形的进行，产生明显的加工硬化，引起金属强度、硬度增加，塑性、轫性下降，钢丝收卷过程，钢丝旋转缠绕，承受扭转外力，裂纹处由于应力集中，裂纹得以扩展，随后吐丝后出现扭转脆断或者细拉工序的拉拔断裂。
造成折叠缺陷的原因比较多，前道次轧件过充满，出现断断续续的耳子，在后道次轧制为折叠缺陷；尾部在轧制过程中由于不承受张力则尾部轧件尺寸过大，轧件尾部产生折叠缺陷[5]；轧槽老化经过轧制后，形成类似翘皮的折叠缺陷；滚动导卫坏倒钢造成折叠缺陷；前道次严重刮伤，后道次轧制为折叠缺陷。
控制措施
为了控制轧制造成的异常组织及表面缺陷，采取以下有效措施：
1)由于临界变形量的控制比较复杂，暂未对29#、30#轧机道次变形量进行调整；对吐丝温度进行调整，由原来1100 ℃下降为850 ℃。
2)在连铸过程中，尽量降低中间包过热度，减少枝晶偏析；降低摩线辊道速度，辊道速度由原来0.30 m/s 降为0.20 m/s ，保温罩内温降速度由2.5 ℃/min 降为0.6 ℃/min 。
3)调整各道次料形分配，减少中轧压力，防止过充满；严格控制轧槽的单槽过钢量，杜绝轧槽老化；对导卫以及轧槽进行定期更换。
结语
通过控制连铸过热度，降低吐丝温度，调整摩线辊道速度，以及对轧线设备的有效维护，各项指标检测明显好转；将调整后盘条发往用户试用，拉拔无断丝现象，大大提高了用户的生产效率。
[1] 李文吉.我国CO 2气体保护焊用焊丝生产现
状及发展趋势.天津冶金,1993.3:52-55[2] 崔忠圻,谭耀春.金属学与热处理. 第2版. 北
京:机械工业出版社,2007
[3] 于庆波.粒状贝氏体组织对低碳钢力学性能
的影响.钢铁, 2008.43(7):68-71
[4] 干勇.品种钢优特钢连铸900问.北京：中国
科学技术出版社，2007
[5] 陈林.轧钢生产问答.北京:化学工业出版
社,2007
图4
脆断处粒状贝氏体组织
图5 φ2.3 mm
钢丝横截面折叠缺陷
参考文献
齿轮断裂原因分析
齿轮轴断齿原因分析 概况描述：生产上的齿轮轴在使用两个星期后，突然发生断齿，给生产造成了很大的损失。为了弄清楚产生断裂的原因， 1、化学成份分析 C Si Mn S P Cr Mo Al 大0.39 0.31 0.52 0.002 0.06 1.5 0.17 0.85 小0.15 0.25 0.55 0.016 0.013 0.75 0.15 从成份上看，大有材料为38CrMoAl，小的材料为20CrMnMo 2、宏观形貌 大：断口处晶粒粗大稍发亮，为脆性断裂。小：断口处晶粒细小，瓷性灰色断口，为韧性断裂。（如图示）
3、金相组织分析 （1）大的金相组织 100X 40X 0.30m m
200X 齿轮表面的渗氮层厚：0.30mm，渗层组织不均匀，渗层硬度801HV1，表面有数条垂直于表面的微裂纹，裂纹周围组织无脱碳，裂纹长度稍长于渗层。 200X 断裂处的显微组织形貌 200X 中心组织：回火索氏体加屈氏体加条状及半网状铁素体。
(2)小的金相组织 200X 40X 渗层深1.5mm 齿轮渗碳层厚1.5mm，有效硬化层厚0.8mm，表面有数条细小的裂纹沿晶向里延伸，渗层硬度637HV1。 200X 表面渗碳和过渡区组织，表面为高碳马氏体和细小的颗粒状碳化物，
往里为马氏体组织。500X 中心组织：低碳板条马氏体组织。 4、原因分析 （1）大的材料为氮化钢，小的材料为渗碳钢，符合材料的牌号。（2）从金相组织上分析 大的心部组织为回火索氏体加屈氏体加条状、半网状的铁素体，为非正常的调质组织，这是因为淬火时，由于加热温度太低或保温时间太短，使铁素体未能完全溶解，经过淬火、回火后，仍存在于基体中。调质后出现这种组织，属于不良的显微组织。齿轮表面有数条微小的细裂纹，这些裂纹的产生是氮化时，由于氮在铁素体中的扩散速度较大，氮化后铁素体中的氮浓度较高，易形成须状氮化物从而从使氮化层脆性较大。因此渗层组织不均匀（？），致使在使用过程中齿根部受到拉应力的作用而导致脆性断裂。 小的渗碳淬火后心部组织为粗大（？）的板条马氏体组织，综合性能比较好，（为热处理过程中温度失控？），渗碳后表面的碳含量很高，在淬火过程中由于应力过大（是有可能）产生裂纹或微裂纹。出现在粗针马氏体针叶上，与马氏体的惯析面成一定的角度，且相互平行。这种淬火后出现的小裂纹在没有及时回火的情况下，就没法弥补，使疲劳强度和使用寿命降低。表面的这些微小的细裂纹的缺陷的存在致使齿轮在使用的过程中受到拉应力的作用而导致断裂。 5、结论 大：预处理组织不合格导致后序的氮化处理过程中组织应力的作用而产生的裂纹是崩齿的主要原因。
齿轮断裂原因分析
概况描述：生产上的齿轮轴在使用两个星期后，突然发生断齿，给生产造成了很大的损失。为了弄清楚产生断裂的原因， 1、化学成份分析 从成份上看，大有材料为38 Cr Mo Al ，小的材料为20 Cr MnMo 2、宏观形貌 大：断口处晶粒粗大稍发亮，为脆性断裂。小：断口处晶粒细小，瓷性灰色断口，为韧性断裂。（如图示） 3、金相组织分析 （1）大的金相组织 100X 40X 200X 齿轮表面的渗氮层厚：0.30mm ，渗层硬度801HV 1，表面有数条垂直于表面的微裂纹，裂纹周围组织无脱碳，裂纹长度稍长于渗层。 200X 断裂处的显微组织形貌
200X 中心组织：回火索氏体加屈氏体加条状及半网状铁素体。 (2)小的金相组织 200X 40X 齿轮渗碳层厚1.5 mm，有效硬化层厚0.8 mm，表面有数条细小的裂纹沿晶向里延伸，渗层硬度637HV1。 200X 表面渗碳和过渡区组织，表面为高碳马氏体和细小的颗粒状碳化物，往里为马氏体组织。500X 中心组织：低碳板条马氏体组织。 4、原因分析 （1）大的材料为氮化钢，小的材料为渗碳钢，符合材料的牌号。（2）从金相组织上分析 大的心部组织为回火索氏体加屈氏体加条状、半网状的铁素体，为非正常的调质组织，这是因为淬火时，由于加热温度太低或保温时间太短，使铁素体未能完全溶解，经过淬火、回火后，仍存在于基体中。调质后出现这种组织，属于不良的显微组织。齿轮表面有数条微小的细裂纹，这些裂纹的产生是氮化时，由于氮在铁素体中的扩散速度较大，氮化后铁素体中的氮浓度较高，易形成须状氮化物从而从使氮化层脆性较大。因此渗层组织不均匀（？），致使在使用过程中齿根部受到拉应力的作用而导致脆性断裂。
石油钻采设备用阀杆断裂失效分析_刘国永
櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡 测试与分析櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡 收稿日期：2014-07-17 基金项目：本项目研究得到上海市科学技术委员会的资助，资助课题编号为12DZ2291700。 作者简介：刘国永（1985-），男，河北人，助理工程师，主要从事失效分析及金属材料理化检测工作。联系电 话：021-********?744，E-mail ：lgy040005@163．com 石油钻采设备用阀杆断裂失效分析 刘国永 1，2 （1．上海市机械制造工艺研究所有限公司，上海 200070；2．上海金属材料改性技术研究中心，上海200070） 摘 要：石油钻采设备中的1Cr13阀杆在使用过程中出现卡死、断裂现象。对阀杆的断口及螺纹卡死区域进行了宏观、微观及化学成分分析。结果表明，阀杆的化学成分基本符合要求，阀杆断裂与其强度 不高及局部严重腐蚀有关。 关键词：阀杆；断裂；腐蚀中图分类号：TG115．2文献标识码：A 文章编号：1008-1690（2014）05-0077-04 Analysis on Fracture of Valve Stem of Oil Drilling Equipment LIU Guoyong （1．Shanghai Institute of Machine Building Technology Co．，Ltd．，Shanghai 200070，China ；2．Shanghai Engineering Ｒesearch Center of Metal Materials Modification ，Shanghai 200070，China ） Abstract ：1Cr13steel valve stem of oil drilling equipment deadlocked and fractured in service．The fracture of valve stem and the deadlock zone of thread were subjected to macroscopic ，microscopic and chemical composition analysises．The results show that the chemical composition of valve stem come up to the standard on the whole ，and that the fracture of valve stem arises from its insufficient strength and being locally seriously corroed．Key words ：valve stem ；fracture ；corrosion 某厂生产的石油钻采系统用阀杆的闸阀装配情况如图1所示。阀杆最大外径约31．8mm ，总长为325mm ，材质为1Cr13。阀杆螺纹区域经表面氮碳共渗处理，要求厚度0．01 0．025mm ，表面硬度≥900HV 。该阀杆在使用过程中卡死，并在外力扭转下出现断裂。本文通过系统的理化检测分析了阀杆的断裂原因。 1宏观分析 阀杆断裂位置如图1所示。可见断裂发生于阀 杆氮碳共渗部位截面突变区域的根部，阀杆近断口区域表面基本呈黑色，并可见局部有黄褐色的锈蚀状斑点。阀杆近端部配有一直径约12．4mm 的销轴，为阀杆的安全销，销轴一方面与杆套起到连接作用，另一方面在阀杆卡死、过载时其会优先断裂，而断裂阀杆的销轴并未出现断裂现象。 阀杆断口宏观形貌如图2所示，断口直径约24mm ，基本呈横向分布。断面近边缘环周内可见 多个小块状塑变平滑区，呈棘轮状分布，拟为切应力下多源启动的切断所致；断面心部区域较粗糙，可见有扭转流变的条纹分布，断口中心沿扭转方向呈向上凸起状，拟为扭转断裂后期瞬间正应力作用所致。断口整体呈过载性扭转断裂特征，近边缘拟为起始区，心部为终断区。断口附近阀杆表面可见多处黄褐色锈蚀斑区分布，表明阀杆曾受腐蚀性介质影响 。 图1闸阀装配情况及阀杆断裂位置 Fig．1 The gate valve assembly and break point of the valve stem
弹簧失效的原因分析
弹簧失效的原因分析 弹簧失效的原因分析 一、佛山弹簧分解弹簧永久变形及其影响因素 弹簧的永久变形是弹簧失效的主要原因之一 弹簧的永久变形，会使弹簧的变形或负荷超出公差范围，而影响机器设备的正常工作。 检查弹簧永久变形的方法 1.快速高温强压处理检查弹簧永久变形：是把弹簧压缩到一定高度或全部并紧，然后放在开水中或温箱保持10～60分钟，再拿出来卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 2.长时间的室温强压处理检查弹簧永久变形：是在室温下，将弹簧压缩或压并若干天，然后卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 二、弹簧断裂及其影响因素 弹簧的断裂破坏也是弹簧的主要失效形式之一 弹簧断裂形式可分为；疲劳断裂，环境破坏（氢脆或应力腐蚀断裂）及过载断裂。 弹簧的疲劳断裂： 弹簧的疲劳断裂原因：属于设计错误，材料缺陷，制造不当及工作环境恶劣等因素。 疲劳裂纹往往起源于弹簧的高应力区，如拉伸弹簧的钩环、压缩弹簧的内表面、压缩弹簧（两端面加工的压缩弹簧）的两端面。 受力状态对疲劳寿命的影响 （a）恒定载荷状态下工作的弹簧比恒定位移条件下工作的弹簧，其疲劳寿命短得多。 （b）受单向载荷的弹簧比受双向载荷的弹簧的疲劳寿命要长得多。 （c）载荷振幅较大的弹簧比载荷振幅较少的弹簧的疲劳寿命要短得多。 腐蚀疲劳和摩擦疲劳 腐蚀疲劳：在腐蚀条件下，弹簧材料的疲劳强度显著降低，弹簧的疲劳寿命也大大缩短。 摩擦疲劳：由于摩擦磨损产生细微的裂纹而导致破坏的现象叫摩擦疲劳。 弹簧过载断裂 弹簧的外加载荷超过弹簧危险截面所有承受的极限应力时，弹簧将发生断裂，这种断裂称为过载断裂。 过载断裂的形式 (a)强裂弯曲引起的断裂; (b)冲击载荷引起的断裂; (c)偏心载荷引起的断裂 佛山弹簧后处理的缺陷原因及防止措施 缺陷一：脱碳 对弹簧性能影响：疲劳寿命低 缺陷产生原因：1、空气炉加热淬火未保护气2、盐浴脱氧不彻底 防止措施：1、空气炉加热淬火应通保护气或滴有机溶液保护：盐浴炉加热时，盐浴应脱氧，杂质BAO质量分数小于0.2％。2、加强对原材料表面质量检查 缺陷二：淬火后硬度不足
钢丝断裂原因分析
钢丝断裂原因分析
一、夹杂物引起断裂 线材中非金属夹杂物的存在，破坏了组织的连续性，起到了一个显微裂纹的作用。当受到外力作用时，在夹杂物的顶端首先产生附加的应力集中。尤其在原奥氏体晶粒交界处出现的大块状、条状或片状碳化物，这些异常碳化物在材料冷变形时，严重地阻塞了位错的移动，致使该处产生应力集中。当应力集中达到一定大小时便会使碳化物开裂，或在碳化物与基体交界处产生裂纹。当裂纹达到失稳状态尺寸，地瞬时产生断裂。 非金属夹杂物的多少是衡量帘线钢质量高低的一个重要因素。在用SEM对断口进行分析的过程中，经常发现非金属夹杂物。在典型的杯锥状断口上有时候就能发现夹杂物，SEM表明大多为三氧化二铝夹杂或其它高熔点脆性夹杂物。其避免主要是通过精炼，使夹杂物变为塑性低熔点夹杂物。 脆性夹杂物是引起钢丝断裂的重要原因之一，而夹杂物引起断裂分为以下几种形势： 1、夹杂物与钢基体之间界面脱开 拉伸过程中，在夹杂物周围的局部加剧了应力集中；裂纹优先在与拉应力垂直的夹杂物与基体的界面产生并沿着夹杂物与钢基体界面扩展，致使夹杂物与基体界面脱开。 2、夹杂物本身开裂
由于脆性较矮杂物本身具有缺陷，在拉伸过程中，在缺陷处产生严重的应力集中，由于局部应力升高而导致夹杂物本身开裂。; 3、混合开裂 钢中非金属夹杂物的形状、分布是没有规律的，因此夹杂物在钢中引起裂纹也是随机性的，取决于夹杂物的性质、尺寸、形状及分布，对于同类型的夹杂物，由于形状、分布和受力方向不同，往往产生断裂的情况也不尽相同，有时两种断裂方式同时存在，有时两种断裂方式交替进行。4、沿两种不同类型夹杂物的相界开裂 钢中经常出现几种夹杂物相共生在一起的复合夹杂物，由于各类夹杂物之间的力学性能和物理性质不同，相界结合力较弱，在拉应力作用下容易从相界开裂。 二、偏析引起的钢丝断裂 在一定程度上，中心偏析对钢丝拉断的危害必脆性夹杂物。因为偏析在更大程度上影响了钢丝的延伸性，从而使塑性变形不能在存在偏析的地方产生。在钢丝最初的拉拔过程中偏析导致小的裂纹的出现，等进入了最终拉拔时就导致了人字形断口(chevroncracks) 在连铸过程中减少中心偏析的途径有以下几个： 1、中心偏析随着中包过热度的降低而降低，因此中包的钢液温度应该尽可能的低；
阀门泄露原因分析及处理方法大全
阀门常见问题及处理方法大全 阀门泄露的处理方法 在日常生活中，受到环境和各种因素的影响，阀门在使用过程中会出现泄漏的现象。 一、阀体和阀盖的泄漏： 原因： 1.铸铁件铸造质量不高，阀体和阀盖体上有砂眼、松散组织、夹渣等缺陷 2.天冷冻裂； 3.焊接不良，存在着夹渣、未焊接，应力裂纹等缺陷； 4.铸铁阀门被重物撞击后损坏。 维护方法： 1.提高铸造质量，安装前严格按规定进行强度试验； 2.对气温在0°和0°以下的阀门，应进行保温或拌热，停止使用的阀门应排除积水 3.由焊接组成的阀体和阀盖的焊缝，应按有关焊接操作规程进行，焊后还应进行探伤和强度试验； 4.阀门上禁止推放重物，不允许用手锤撞击铸铁和非金属阀门，大口径阀门的安装应有支架。 二、填料处的泄露（阀门的外漏，填料处占的比例为最大） 原因： 1．填料选用不对，不耐介质的腐蚀，不耐阀门高压或真空、高温或低温的使用； 2．填料安装不对，存在着以小代大、螺旋盘绕接头不良、上紧下松等缺陷； 3．填料超过使用期，已老化，丧失弹性 4．阀杆精度不高，有弯曲、腐蚀、磨损等缺陷 5．填料圈数不足，压盖未压紧； 6．压盖、螺栓、和其他部件损坏，使压盖无法压紧； 7．操作不当，用力过猛等； 8．压盖歪斜，压盖与阀杆间空隙过小或过大，致使阀杆磨损，填料损坏。 维护方法： 1．应按工况条件选用填料的材料和型式；
2．按有关规定正确的安装填料，盘根应逐圈安放压紧，接头应成30℃或45℃； 3．使用期过长、老化、损坏的填料应及时更换； 4．阀杆弯曲、磨损后应进矫直、修复，对损坏严重的应及时更换； 5．填料应按规定的圈数安装，压盖应对称均匀地把紧，压套应有5mm以上的预紧间隙；6．损坏的压盖、螺栓及其他部件，应及时修复或更换； 7．应遵守操作规程，除撞击式手轮外，以匀速正常力量操作； 8．应均匀对称拧紧压盖螺栓，压盖与阀杆间隙过小，应适当增大其间隙；压盖与阀杆间隙 过大，应予更换。 三、密封面的泄漏 原因： 1、密封面研磨不平，不能形成密合线； 2、阀杆与关闭件的连接处顶心悬空、不正或磨损； 3、阀杆弯曲或装配不正，使关闭件歪斜或不逢中； 4、密封面材质量选用不当或没有按工况条件选用阀 维护方法： 1、按工况条件正确选用颠垫片的材料和型式； 2、精心调节，平稳操作； 3、应均匀对称地拧螺栓，必要时应使用扭力扳手，预紧力应符合要求，不可过大或小。法兰和螺纹连接处应有一定的预紧间隙； 4、垫片装配应逢中对正，受力均匀，垫片不允许搭接和使用双垫片； 5、静密封面腐蚀、损坏加工、加工质量不高，应进行修理、研磨，进行着色检查，使静密封面符合有关要求； 6、安装垫片时应注意清洁，密封面应用煤油清，垫片不应落地。 四、密封圈连结处的泄漏 原因： 1、密封圈辗压不严
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螺栓断裂原因分析 螺栓的抗拉强度比想象中强得多，以一只M20×80的8.8级高强螺栓为例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力载荷是20吨，高达它自身重量的十万倍，一般情况下，我们只会用它紧固几十公斤的部件，只使用它最大能力的千分之一。即便是设备中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺栓的抗拉强度是足够的，不可能因为螺栓的强度不够而损坏。 很多螺栓断裂的最终分析认为是超过螺栓的疲劳强度而损坏，但是螺栓在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次才会损坏。换句话说，螺栓在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了螺栓能力的万分之一，所以说螺栓的损坏也不是因为螺栓疲劳强度。 静态紧固用螺栓很少会自行松动，也很少出现断裂情况。但是在冲击，振动，变载荷情况下使用的螺栓就会出现松动和断裂的情况。 所以我认为螺栓损坏的真正原因是松动。螺栓松动后，螺纹和连接件之间产生微小间隙，冲击和振动会产生巨大的动能mv^2，这种巨大的动能直接作用于螺栓，受轴向力作用的螺栓可能会被拉断。受径向力作用的螺栓可能会被剪断。 因此设计时，对于关键的运动部位的连接紧固要注意防松设计。 自锁螺母尼龙锁紧螺母以上为两种形式的锁紧螺母。 对于弹簧垫片的放松效果，一直存在争议。 弹簧垫圈的放松原理是在把弹簧垫圈压平后，弹簧垫圈会产生一个持续的弹力，使螺母和螺栓连接副持续保持一个摩擦力，产生阻力矩，从而防止螺母松动。同时弹簧垫圈开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件的表面，从而防止螺栓相对于被连接件回转。
以M16螺栓连接为例，实验显示用约10N.m的螺栓预紧力矩就可以将16弹簧垫圈完全压平。弹簧垫圈只能提供10N.m的弹力，而10N.m的弹力对于280N.m的螺栓预紧力矩来说可以忽略，其次，这么小的力，不足以使弹簧垫圈切口处的尖角嵌入螺栓和被连接件表面。折卸后观察，螺栓和被连接件表面都没有明显的嵌痕。所以，弹簧垫圈对螺栓的防松作用可以忽略。另外，在螺栓与被连接件之间增加一个垫圈，如果垫圈质量有问题，相当于给螺栓连接又增加了一个安全隐患。
管桩断裂原因分析及处理方法
高强预应力空心管桩断裂原因分析及处理方法 辽宁省营口市紧邻渤海，属辽河冲积平原，地下水位较浅，挖深0.9m即遇到丰富地下富存水。地表以下12m深度范围内的土质均是粉质粘土（淤泥），土体渗透系数低，土方开挖前需提前两周采取轻型井点降水才能使拟开挖基坑具备开挖条件。若场地条件具备，土方开挖一般均按1:1.5进行自然放坡。超过5层的建筑物，其基础形式基本上都是采用高强混凝土预应力空心管桩(PHC)，有效桩长一般则在12～18m之间（太和小区、欢心小区），局部地区有效桩长能达到30m（营东大厦）。 高强混凝土预应力空心管桩(PHC)静压施工完成后，须进行低应变动测检验其桩身完整性；检测合格时，始准施工进行下一道工序。通常情况下，在低应变动测检验时其桩身接桩部位能测出存在质量缺陷，这一表象无妨。用肉眼尚不能识别的微裂缝在低应变动测时亦能测出缺陷存在，但裂缝宽度小于0.2mm的裂缝不会影响到桩体质量及结构安全。这种裂缝一般都分布在桩长中间1/3区段；这是由于桩节过长，若吊点选择不当或运输过程中受到较大震动而因自身重量过大导致的。现就我单位在施的部分工程管桩经低应变动测时检查出的质量问题及处理思路作以简要总结： 一、管桩断裂的原因分析及预防措施 1、预制管桩断裂的原因分析 (1)、堆放方式不合理导致断桩 在预制厂，从蒸养室出来的管桩需在堆放区实施分类堆放，若堆放支承点选择的不合理就极易导致管桩的桩身出现微裂缝。 (2)、出厂强度不足造成的断裂 高强预应力混凝土空心管桩(PHC)的混凝土设计强度为C80，管桩混凝土养护一般均采取蒸养方式进行。有时候，管桩出厂时的混凝土强度会与设计强度存在些许偏差，在场内堆放、出厂运输过程中可能会因存在的震动而导致管桩桩身出现微裂缝。 (3)、吊装过程中发生断裂 管桩在装卸车时需采取“二点吊法”，要求吊点距离桩端0.207L位置且吊绳与桩体的夹角不得小于45度。为节省运输成本，虽然装卸车时采取的也是二点吊法，但吊点是选在了桩端；当单根管桩较长时，受自重较大的影响就有可能在管桩桩身的中部产生微裂缝。 (4)、施工方法选择不当造成断裂
气门断裂的原因
一、船舶柴油机排气阀故障的原因分析 １、排气阀的工作条件 船舶柴油机中排气阀的工作条件十分恶劣，气阀底面与高温燃烧产物直接接触，在气阀开启期间还承受着高温（900～1000°C）和具有腐蚀性气体的高速（达600m/s）冲刷，气阀中心温度高达700～800°C，在阀盘与阀杆过渡圆弧中段，温度也有600～700°C，排气阀工作温度分布如图1-1所示。过高的温度会使金属材料的机械性能降低，材料发生热变形。当阀面密封不严时，就会引起高温燃气对阀面的烧损。气阀落座时，阀与阀座的惯性力和弹簧作用力的共同作用下，还承受着相当大的冲击性交变载荷，在气阀出现跳动或气阀间隙增大时，这种载荷会明显增加。阀与阀座的撞击，容易形成密封面的变形和严重的磨损。因船用柴油机绝大部分多为增压柴油机，由于进气道内的新鲜空气压力阻止了从气阀导管中获得滑油的可能，因此，金属之间易发生干摩擦。但在一般柴油机的气阀以及增压柴油机的排气阀座合金面间总会布有一层滑油或烟油等润滑物。此外，阀杆与导管间也会发生磨损，阀杆顶端受摇臂的撞击与磨损。 图1
２、附加因素的影响 由于燃油价格不断上涨，航运市场竞争激烈，船东为了降低成本来达到提高竞争能力、获得更多利润的目的，均使用低价、劣质的燃油。这些燃油的粘度高，滞燃期长，而且钒、钠和硫的含量比较高。这种燃油在柴油机中燃烧时，渣油中所含的排放物（燃料灰份）仅仅有一部分与排出的气体一起离开机器，而剩余部分仍然留在发动机内一些高温（497?797°C）的零件上。例如，排气阔和活塞顶，形成沉积，造成所谓的“高温腐蚀”。到目前为止，还没有经济上合理的工艺过程能从渣油中除去腐蚀元素，连高级合金钢和堆焊排气阀钢也受到燃油的腐蚀。 在柴油机运行中违反用车保养规定，低温启动柴油机，低温强迫加载，柴油机气缸燃烧温度急剧变化，在柴油机负载状态下，急剧变换手柄位，使柴油机气缸燃烧状态恶化，大量雾化不良的粗大重油粒子喷入气缸，造成严重的后燃及不完个燃烧，严重积炭使排气阀的阀线表面也被积炭污染，甚至造成主机的起动困难，这就成为下次主机开车不久后的油头及排气阀故障的隐患，因此这些操纵、保养柴油机的不良习惯也是引发柴油机气阀故障的因素。 二、排气阀常见故障分析 １、排气阀烧损 排气阀烧损是排气阀最常见故障。主要原因是排气阀密封不严，造成高温燃气泄漏，使该处严重过热，甚至熔穿金属材料。造成排气阀密封不良的原因主要有以下几点：⑴由于阀盘不同部位的形状、厚度不同，受热、散热条件不同，阀盘圆周上的温度分布不均匀，中心温度高于周边温度，造成气阀阀盘径向上的温度差，过大的温差将造成阀盘的变形从而导致漏气的产生。⑵船用燃油中含有的杂质在经过燃烧室内的各种复杂热过程后在排气阀阀盘及阀座密封锥面沉积成一层混有碳粒的玻璃状较硬较脆物质，其内混有硫酸钠、硫酸钙、氧化铁等物质。当此层玻璃状沉积物沉积厚度过大时，在闭阀时的撞击力下会发生裂纹，反复撞击后进而发展成剥落，从而形成高温燃气喷出通道使气阀烧损。⑶普通排气阀密封锥面在工作温度下硬度并不是很高，沉积的硬质燃烧产物颗粒在闭阀的撞击下，可使密封面出现凹坑，从而形成漏气。 ２、排气阀高温腐蚀 目前在航运市场上普遍使用的劣质燃油中含有大量钒、钠和硫等元素。在燃烧过程中．硫、钒和钠等元素形成氧化硫、五氧化二钒和氧化钠等（这些氧化物的化学成份取决于过量氧气和燃烧温度）。氧化物之间要发生反应，而且还要与滑油中的钙反应，形成低熔点的盐类，有硫酸钠，硫酸钙和不同成份的钒酸钠等。这些盐类混合物熔点一般为535°C 左右，同时具有较强的腐蚀性。当零件温度在550°C 以上时，足以使钒、钠化台物处于熔化状态，附着于零件表面。当排气阀在工作中时，由于排气原因（气阀温度可达650?800°C 以上），使它以液态形成沉积在阀盘及阀座以及阀杆与阀面的过渡表面上。这时即使是非常耐腐蚀的硬质合金钢也会受到腐蚀，腐蚀结果在密封锥面上形成麻点、凹坑．凹坑相连就可能造成漏气。由于上述腐蚀是高温条件下产生的，所以称之为“高温腐蚀”。 在上述高温腐蚀的有害元素中以钒的危害性为最大。 ３、气阀密封锥面磨损过快 在燃烧室内的爆发压力作用下阀座与阀盘都发生弹性变形，气阀落座撞击也会造成阀座及阀盘的弹性变形，这样会使阀盘锥面反复楔入时，密封锥面产生相对运动，造成密封锥面磨损。气阀间隙过大，阀盘与阀座刚度不足，气阀与阀座材料性能达不到要求或不匹配，重油中含有较多的钒、钠、硫等有害元素，高负荷运行或燃烧恶化，冷却不良，阀杆与导管间隙过大，气阀机构振动使气阀落座速度过大等，都能使磨损速率增大。 ４、阀盘与阀杆断裂 在阀盘与阀杆的过渡圆角处和阀杆装设卡块的凹槽处，由于这些部位应力容易集中，当应力集中到一定程度，就会发生疲劳断裂破坏。造成断裂的原因有：阀杆与导管的间隙过大；阀盘与阀座的变形使局部受力过大；气阀间隙过大，敲击严重疲劳破坏；气阀机构的振动。阀杆装设卡块的凹槽处是气阀的最薄弱部位，若该处凹槽加工工艺不良或闭阀冲击力较重也会产生疲劳断裂。 ５、气阀卡死 气阀卡死主要是因为气阀阀杆和导管之间间隙过小，当受热膨胀后二者间隙过盈发生卡死现象。另一方面，当阀杆发生弯曲变形时也会使阀杆卡死在导管中。 ６、气阀弹簧断裂
断裂分析报告
M10-45H 内六角紧定螺钉 断裂分析 据客户反映，由本公司供应的M10-45H 紧定螺钉，安装过程中发生故障。 现状：M10-45H 内六角紧定螺钉，在密封锁紧螺母安装过程中发生断裂； 安装过程：在部件上指定部位使用43~48N.m 扭矩旋入紧定螺钉（作为限位螺钉使用），然后，在紧定螺钉露出端使用43~48N.m 的终拧扭矩旋入密封锁紧螺母并拧紧，防止螺钉与基体之间的间隙造成介质渗漏。 一，失效件检测分析： 1，断口形貌宏观观察： 断面基本与轴线垂直，颜色灰色，颗粒细小均匀；放大10倍进行观测，未见目测可见原始裂纹。 2，机械性能检测： 3，金相检测分析： 沿轴线使用线切割方式制样，检测了纵向剖面的金相组织。如下图图1和图2。 图1 芯部金相x500 芯部金相组织：回火马氏体+回火屈氏体 图2 螺纹金相x200 螺纹部位金相：无脱碳层或渗碳层 4，化学成分分析： 合金钢SCM435: 0.35%C, 0.21%Si, 0.70%Mn, 0.013%P, 0.007%S, 1.04%Cr, 0.185%Mo 符合GB3098.3对45H 级螺钉的材质要求。 失效件检测分析表明，该产品机械性能和使用材料完全符合GB3098.3标准要求 二，断裂原因分析： 对失效件的机械性能检测、金相组织检测、化学成分检测结果表明，产品完全符合标准规范。 对照标准GB/T 3098.3-2000，在标准条文内第一章，标准范围，对该产品的描述，第一段有明确：本标 准 规 定了由碳钢或合金钢制造的、在环境温度为10-35℃条件下进行试验时，螺纹公称直径为1.6- 24m m 的紧定螺钉及类似的不受拉应力的紧固件机械性能。如下截图：
钢锭_坯_在轧制过程中出现翘皮及断裂等常见缺陷的原因分析和防止途径
甘肃冶金 2001年3月 第1期钢锭(坯)在轧制过程中出现翘皮及断裂等常见缺陷的原因分析和防止途径 贾 静 (兰州钢铁公司 甘肃省 兰州市 730020) 摘 要 分析了钢锭(坯)轧制过程中出现翘皮、裂纹、断裂等常见缺陷的原因,并且提出了解决问题的途径。 关键词 分析解决 缺陷 途径 1 前言 钢锭(坯)在轧制过程中会出现翘皮、裂缝、断裂等多种缺陷而致废。由于种种原因,90年代初以来,特别是近几年里,钢锭(坯)轧裂和翘皮的数量骤然上升并有居高不下之势。为此,我们将近几年来发生的钢锭(坯)轧废情况统计分析结果列于表1(数据以每年退换钢锭的数量为依据)。 表1 钢锭(坯)轧裂退换统计表 年 份钢 种废品数量致 废 原 因小 时(t) 1995 1996 1997 1998 1999Q195—Q235沸钢258钢锭重接19.08t,翘皮、断裂Q235镇静钢— Q195—Q235沸钢118翘皮、断裂 150220M nSi连铸坯70夹杂、断裂 20M nSi钢47断裂 Q195—Q235沸钢44翘皮、断裂 150220M nSi连铸坯80夹杂、断裂 1502Q235连铸坯40脱方 Q235镇静钢100纵裂纹、发纹 Q195—Q235沸钢220翘皮、断裂 Q235镇静钢110裂纹、断裂 Q195—Q235沸钢20断裂、裂口 Q235镇静钢240纵裂纹、裂口、断裂 258 235 264 330 260 9 收稿日期:2000-12-28
表1的统计结果表明: 早期镇静钢锭质量比沸腾钢锭的好,但近两年来质量有下滑趋势。 钢锭(坯)在轧制过程中退废的主要缺陷是翘皮、裂纹和断裂。平均每年退换钢锭293t ,由此造成的经济损失30余万元。 根据金属学和钢的热塑性变形原理,结合现场生产的实际情况,作者对这些缺陷的成因从炼钢工艺和轧钢工艺两方面进行分析。2 炼钢工艺对钢锭质量的影响2.1 化学成分的影响 对于碳素结构钢来讲,就元素影响而言造成轧制过程中出现裂纹、断裂极为有关的元素有S 、M n 、P 、Cu 。2.1.1 元素S 、M n 的影响及S 的“ 热脆”缺陷对大量轧裂钢锭化学成分的分析结果表明,元素S 的超标准上限及元素Mn 的低标准下限是钢锭轧裂的重要原因。 高硫钢锭经轧制后通身四面都有严重裂缝,有时只经过粗轧几道就断成碎块。其致废的机理是:S 是生铁或燃料中天然存在的杂质,由于S 在固态Fe 中的溶解度很小,几乎不能溶解。它在钢中以FeS 的形式存在,而FeS 和Fe 易形成熔点较低(仅有985℃)的共晶体,当钢在1100～1200℃进行热加工时,分布于晶界的低熔点共晶体固熔化而导致开裂,这就是通常所说的S 的“热脆”现象。在冶炼中为了清除S 的有害作用,必须增加钢中的含M n 量,使Mn 与S 优先形成高熔点的M nS,其熔点高达1620℃而且呈粒状分布于晶粒中,从而可以有效地防止或避免S 在钢中的“热脆”现象。2.1.2 元素P 的影响及P 的“冷脆”缺陷 通常,元素P 超标的钢锭在热轧过程中不出现裂纹或断裂,但成品坯(材)冷却至室温就会发生“冷脆”现象,在远远小于钢材力学指标力的作用下就发生脆断。 其机理是:室温下钢中的P 可全部溶于钢的铁素体中,使钢的强度、硬度增加,塑性、韧性显著降低。这种钢坯(材)的“冷脆”现象在我厂的生产中偶有发生。2.1.3 元素Cu 的影响及富Cu 轧制的网状裂纹 1997年10月,我厂轧制的Q 235镇静钢68方坯有两批总重量101.36t 成品钢坯表面出现了严重的裂纹,其症状如图1所示,可见钢坯通身有网状裂纹。经取样做成分分析发现Cu 含量在0.6%～0.8%,严重超标。 图1 富铜轧制的网状裂纹 元素Cu 超标造成钢锭热轧开裂的原因是:由于西域废钢资源的特点,含Cu 量有时较高。当钢中含Cu 量超过0.4%且它在加热炉中的氧化性气氛中较长时间加热时,由于选择性氧化的结果,在钢的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃的富Cu 合金,这层合金在约1100℃时熔化并浸蚀钢的表层,使钢在热加工时开裂并多形成网状裂纹。 因此,在技术标准中对碳素结构钢中残余铜元素的含量有明确规定,应该不高于0.3%。2.2 炼钢脱氧操作及浇注工艺的影响 我厂轧制钢锭从脱氧方式上分沸腾钢和镇静钢。由于钢液脱氧方式及结晶热力学的条件10
螺栓断裂原因分析
螺栓断裂原因的分析 一般情况下，我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析： 第一、螺栓的质量 第二、螺栓的预紧力矩 第三、螺栓的强度 第四、螺栓的疲劳强度 实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。 一、螺栓断裂不是由于螺栓的抗拉强度： 以一只M20×80的8.8级高强螺栓为例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力载荷是20吨，高达它自身重量的十万倍，一般情况下，我们只会用它紧固20公斤的部件，也只使用它最大能力的千分之一。即便是设备中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺纹紧固件的抗拉强度是足够的，不可能因为螺栓的强度不够而损坏。 二、螺栓的断裂不是由于螺栓的疲劳强度： 螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。 三、螺纹紧固件损坏的真正原因是松动： 螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。 受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。 受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。 四、选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在： 以液压锤为例。GT80液压锤的重量是1.663吨，其侧板螺栓为7套10.9级M42螺栓，每根螺栓的抗拉力为110吨，预紧力取抗拉力一半计算，预紧力高达三、四百吨。但是螺栓一样会断，现在准备改成M48的螺栓，根本原因是螺栓防松解决不了。 螺栓断裂，人们最容易得出的结论是强度不够，因而大都采用加大螺栓直径强度等级的办法。这种办法可以增加螺栓的预紧力，其摩擦力也得到了增加，当然防松效果也可以得到改善，但这种办法其实是一种非专业的办法，它的投入太大，收益太小。 总之，螺栓是：“不松不断，一松就断。”
单趾弹簧扣件PR弹条断裂原因分析论文
单趾弹簧扣件PR弹条断裂原因分析摘要：采用化学分析、金相检验、硬度测定和受力分析方法，对单趾弹簧扣件pr弹条在使用过程中出现的断裂现象进行了分析。认为弹条断裂的原因是安装工艺不规范、导致弹条的工作弹程和应力超过设计状态引起的。 关键词：弹条断裂检验受力分析 abstract: the chemical analysis, metallographic examination, the hardness testing and stress analysis method, the single toe spring fastener pr play in use article appeared in the process of fracture is analyzed. think of the fracture reason is article installation process is not standard, lead to the work of the article cheng and stress caused by more than design state. key words: article the fracture inspection stress analysis 中图分类号：u213.2+1文献标识码：a文章编号： 1 前言 弹条是轨道结构的重要部件，其有效与否直接关系到行车的安全。它主要利用弹性变形时所储存的能量起到缓和机械上的震动和冲击作用，在动荷载下承受长期的、周期性的弯曲、扭转等交变应力。 某单位生产的弹条为单趾弹簧扣件pr弹条，其结构型式如图1
汽车中的板簧的断裂失效分析
材料断裂理论与失效分析汽车中的板簧的断裂失效分析 专业：材料工程（锻压） 类型：应用型 姓名：*** 学号： 15S******
汽车中的板簧的断裂失效分析 引言 汽车板簧是汽车悬架系统中最传统的弹性元件，由于其可靠性好、结构简单、制造工艺流程短、成本低而且结构能大大简化等优点，从而得到广泛的应用。汽车板簧一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁。在悬架系统中除了起缓冲作用而外，当它在汽车纵向安置，并且一端与车架作固定铰链连接时，即可担负起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，起导向的作用，因此就没有必要设置其它的导向机构，另外汽车板簧是多片叠加而成，当载荷作用下变形时，各片有相对的滑动而产生摩擦，产生一定的阻力，促使车身的振动衰减，但是板簧单位重量储存的能量最低，因些材料的利用率最差。 1.材质是什么？65Mn/低碳钢哪一类合适？ 材质一般为硅锰钢。因为碳素弹簧钢因淬透性低，较少使用于汽车中；锰钢淬透性好，但易产生淬火裂纹，并有回火脆性。因此，硅锰钢在我国应用在汽车的板簧上较为广泛。 65Mn钢更为合适，因为： 低碳钢为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此可以看出，低碳钢不符合板簧材料高强度和高硬度的要求。 65Mn弹簧钢，含有0.90%~1.2%的Mn元素，提高了材料的淬透性，φ12mm 的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。Mn是弱碳化物形成元素，在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。一部分固溶于铁素体（或奥氏体），另一部分形成含Mn的合金渗碳体（Fe、Mn）。Mn还能显著提高钢的淬透性，改善热处理性能，强化基体、降低珠光体的形成温度，细化珠光体的片间距离，从而提高钢的强度和硬度。总体上，钢中加入锰为0.9%~1.2%，使淬透性和综合性能有所提高，脱
某SUV车型螺旋弹簧断裂失效分析及优化
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/ac576878.html, 某SUV车型螺旋弹簧断裂失效分析及优化作者：李振杜阿雷刘超张树乾王猛 来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2015年第11期 摘要：某SUV车型在耐久试验过程中，螺旋弹簧上平端第一圈末处发生断裂。本文针对可能导致螺旋弹簧失效的机理逐一排查分析，找出螺旋弹簧断裂失效真因，进而对结构或者生产工艺进行优化提升。 关键词：螺旋弹簧；断裂；失效机理；优化提升 1 概述 某SUV车型在可靠性耐久试验中先后出现2次螺旋弹簧断裂（图1）的严重质量问题。 据对故障件分析，发生部位均出现上平端第一圈，现从螺旋弹簧材质检验、结构设计及工作角度、表面防腐处理工艺等方面进行分析，查明真因并进行优化。 2 原因排查 2.1 螺旋弹簧的材质问题 2.1.1 失效件的材料化验结果 2.1.2 硬度测试 用洛氏硬度计对断裂弹簧的硬度进行检验，其外层硬度为HRC49，中心处的洛氏硬度是HRC48，在技术要求的HRC47- HRC52范围内。 2.1.3 断口分析 由于弹簧断裂后又经历了一段氧化腐蚀时间，断面锈蚀严重，经高锰酸钾溶液清洗后的形貌如图2所示，由于锈蚀严重，清洗后仍有少量的氧化物附着，但仍可看出，裂纹起源 于弹簧内侧表面附近，断口与轴线呈45°螺旋状，无明显的塑形变形，断面上有粗大的裂纹扩展条棱，同时发现还有表面裂纹及内部裂纹。裂纹源表面的形貌如图3所示，裂纹源处的表面及其粗糙，有麻坑，而相邻其他地方较为平坦。由于清洗对断口真实面貌有一定的损伤，电镜下已分辨不出断裂机制，但仍留有有用的信息，图4为断裂源区形貌，断面分布有大量的氧化夹杂物，图5为瞬断区形貌，断口有夹杂物形成的孔洞。 2.1.4 金相分析
断裂原因分析
断裂原因分析 一、夹杂物引起断裂 线材中非金属夹杂物的存在，破坏了组织的连续性，起到了一个显微裂纹的作用。当受到外力作用时，在夹杂物的顶端首先产生附加的应力集中。尤其在原奥氏体晶粒交界处出现的大块状、条状或片状碳化物，这些异常碳化物在材料冷变形时，严重地阻塞了位错的移动，致使该处产生应力集中。当应力集中达到一定大小时便会使碳化物开裂，或在碳化物与基体交界处产生裂纹。当裂纹达到失稳状态尺寸，地瞬时产生断裂。 非金属夹杂物的多少是衡量帘线钢质量高低的一个重要因素。在用SEM对断口进行分析的过程中，经常发现非金属夹杂物。在典型的杯锥状断口上有时候就能发现夹杂物，SEM表明大多为三氧化二铝夹杂或其它高熔点脆性夹杂物。其避免主要是通过精炼，使夹杂物变为塑性低熔点夹杂物。 脆性夹杂物是引起钢丝断裂的重要原因之一，而夹杂物引起断裂分为以下几种形势： & #61656; 1、夹杂物与钢基体之间界面脱开 拉伸过程中，在夹杂物周围的局部加剧了应力集中；裂纹优先在与拉应力垂直的夹杂物与基体的界面产生并沿着夹杂物与钢基体界面扩展，致使夹杂物与基体界面脱开。 & #61656; 2、夹杂物本身开裂 由于脆性较矮杂物本身具有缺陷，在拉伸过程中，在缺陷处产生严重的应力集中，由于局部应力升高而导致夹杂物本身开裂。 & #61656; 3、混合开裂 钢中非金属夹杂物的形状、分布是没有规律的，因此夹杂物在钢中引起裂纹也是随机性的，取决于夹杂物的性质、尺寸、形状及分布，对于同类型的夹杂物，由于形状、分布和受力方向不同，往往产生断裂的情况也不尽相同，有时两种断裂方式同时存在，有时两种断裂方式交替进行。 & #61656; 4、沿两种不同类型夹杂物的相界开裂 钢中经常出现几种夹杂物相共生在一起的复合夹杂物，由于各类夹杂物之间的力学性能和物理性质不同，相界结合力较弱，在拉应力作用下容易从相界开裂。 二、偏析引起的钢丝断裂 在一定程度上，中心偏析对钢丝拉断的危害必脆性夹杂物。因为偏析在更大程度上影响了钢丝的延伸性，从而使塑性变形不能在存在偏析的地方产生。在钢丝最初的拉拔过程中偏析导致小的裂纹的出现，等进入了最终拉拔时就导致了人字形断口(chevron cracks) 在连铸过程中减少中心偏析的途径有以下几个： & #61656; 1、中心偏析随着中包过热度的降低而降低，因此中包的钢液温度应该尽可能的低； & #61656; 2、在结晶器和二冷安装电磁搅拌。结晶器的电磁搅拌能够减少中心偏析的程度和范围。电磁搅拌同样可改善V形偏在铸坯中心的存在； & #61656; 3、尽可能的降低拉速，能够减轻中心偏析程度。
弹簧疲劳断裂案例分析
弹簧疲劳断裂案例分析 一2引言 现代工业社会的不断进步，人类生活质量不断提高，对工业产品各项功能的“安全性”、“环保型”、“舒适性”程度要求越来越高。弹簧作为工业产品中不可缺少的基础元件，弹簧的性能直接关系到工业产品整体的质量水平的高低。关于弹簧的问题中，经常碰到和最终要解决的问题是“弹簧疲劳断裂及应力松弛”。这是弹簧工作过程中失效的两种主要形式。弹簧工作中后者更为普遍。应力松弛及弹性衰减的现象意味着弹簧弹性功能的部分丧失，甚至全部丧失。由此可见，提高弹簧疲劳寿命研究应力松弛和弹性衰退的规律及影响因素，对研制新的弹簧材料及抗应力处理技术，对不断提高企业和行业竞争力，对国民经济的发展，不断提高我国弹簧产品及弹性材料研制的科学技术水平，都有重大意义。 二2弹簧的疲劳断裂 通常疲劳断口是由疲劳源、裂纹扩展区、最后瞬时断裂区三部分组成。疲劳源有时非常清楚，有时则不清晰。裂纹扩展区和最后瞬时断裂区则是主要组成部分。 裂纹扩展区的特征：表面比较平滑，是裂纹缓慢扩展、裂纹面相互接触及摩擦造成的结果。它是一种脆性的断裂特征，裂纹扩展方向与最大拉应力方向垂直。通常可以用肉眼发现断口上呈现海滩状、贝壳状或年轮状的花样。可以根据裂纹扩展方向与海滩状条纹相垂直的现象及其曲率半径最小的特征来确定弹簧断裂的疲劳源。 瞬时断裂区特征：疲劳裂纹不断扩展到一定程度后，有效的承载面积不断减少，相应的工作应力逐渐增大，当该应力超过了弹簧的断裂应力时，弹簧就会瞬时断裂。其特征是断口比较粗糙、凹凸不平。 疲劳断裂的微观特征：疲劳裂纹大多数在晶粒边界、相界、夹杂物和脆性碳化物之间开始生成，然后逐渐向内扩展。疲劳断口的微观特征主要表现在裂纹扩展区上。扩展区的主要微观特征是疲劳条带。疲劳条带有以下特征：①条带的形态是起伏或涟波状；②每一条带代表一次循环载荷；③由条带可以断定裂纹前沿 线在前进时的位置；④条带有脆性和塑性的。 三2案例分析 （1）轿车气门弹簧断裂 ①事故描述：气门弹簧是汽车发动机的重要零部件，它不仅控制发动机气门的开闭，还是极为重要的安全部件，故各汽车厂商对发动机气门弹簧的质量都极为重视，内燃机气门弹簧技术条件JB/T 10591-2007要求其台架疲劳试验2300万次不断裂。某型号轿车在出厂后行驶199km时出现发动机异响、怠速抖动现象，经检查后发现一只气门弹簧断裂。