鑄坯/板材等

金屬構件加工成形過程中,由于工藝自身特點和技術水平的制約,每一種工藝都有各自不同的問題,嚴重時,引起金屬構件失效。通過失效分析,尋找失效原因,改進工藝。

鑄坯/板材等

1、冷隔,2、氣孔,3、針孔,4、縮孔,5、疏松,6、夾雜物,7、偏析,8、熱裂紋,9、冷裂紋,10、折疊,11、分層,12、氧化和脫碳等

焊接件

1、焊接裂紋,2、氣孔,3、夾渣,4、未填滿,5、未焊透,6、過燒,7、焊縫成形不良等

案例1 精軋螺紋鋼筋斷裂失效分析

1.情況簡介

材質:40SiMnV

熱加工工藝:將規格為Φ150mm的圓坯經17道軋制過程而軋成規格為Φ32mm的螺紋鋼筋。

熱處理工藝:淬火+中溫回火,組織為回火屈氏體。

某建筑工地在運送一批螺紋鋼筋過程中發現部分產生斷裂和嚴重開裂現象,為查明原因,將多支缺陷鋼筋送檢分析。

分析內容包括——成分分析、金相分析、斷口分析

2.嚴重開裂螺紋鋼筋斷口局部宏觀形貌

3.化學分析

一般鋼種要求五害元素單項含量<200ppm(0.020%)

五害元素Sn As嚴重偏高,其它如Si、Mn、P、S、Al、V等元素心部的含量也高于表面含量,心部存在明顯的成分偏析40SiMnV

4.金相分析

基體大量硫化物3.0級 表面脫碳層深度0.3mm,內部偏析嚴重,組織呈枝晶狀分布 心部存在大裂紋

5. 斷口分析

中間部位斷口木紋中大量夾雜物,兩側區域沿晶“延性”開裂 晶界上有五害元素偏聚

6. 分析意見

1 化學分析:五害元素Sn和As含量均嚴重偏高,部分元素Si、Mn、P、S、Al、V等心部含量高于表面,心部存在明顯成分偏析。

2 金相分析:橫截面最表面有深度約0.3mm的脫碳層,脫碳層組織為鐵素體+少量回火屈氏體。次表面部位基體成分呈柱狀偏析,組織為呈枝晶狀分布的不均勻分布的回火屈氏體;心部裂紋周圍基體成分偏析嚴重,組織為回火屈氏體+網狀鐵素體。

3 斷口分析:中間部位斷口均呈木紋狀,木紋中有大量硫化物夾雜偏聚。斷口兩側為脆性沿晶“延性”開裂特征,晶界上有五害元素偏聚,形成液膜,弱化晶界,造成沿晶開裂。

4 鑄坯整體五害元素Sn和As嚴重偏高,這些低熔點的五害元素在晶界上偏聚,破壞鋼的晶間結合力,同時鑄坯心部存在硫化物偏聚,二者共同作用,導致鑄坯心部產生晶間裂紋。同時由于鑄坯成分偏析嚴重,心部組織狀態不佳,也將促使后續連軋過程中螺紋鋼筋心部裂紋擴展,將螺紋鋼筋從中間部位“一分為二”裂開。

案例2 連軋輥早期斷裂失效分析

1. 情況簡介

進口連軋機上輥使用僅一周就發生橫向斷裂。

宏觀觀察:該軸斷于軋輥輥頸的過度圓弧根部位置,斷裂輥頸的斷口平齊無變形,為快速脆性斷裂

該軋輥采用金屬冷模立式鑄造;材質為球磨鑄鐵,經熱處理得到針狀貝氏體基體組織。

輥面硬度要求范圍為400—440HB,輥頸硬度值范圍為300—400HB??估瓘姸萊m≥600MPa。

2. 進口軋輥輥頸早期斷裂宏觀形貌

3. 化學分析

在1/2半徑部位取樣分析

結果表明:碳、硅含量均低于技術指標

4. 性能試驗

在1/2半徑部位取樣試驗,結果表明:抗拉強度和硬度試驗結果均低于技術指標

5. 金相分析

部位基體組織為:針狀貝氏體+粒狀貝氏體+少量的片狀珠光體。

滲碳體呈網狀分布于晶界上,滲碳體級別為滲5。磷共晶級別為磷1。

6. 斷口分析

橫斷輥頸斷口分析——

裂紋開裂于圓弧根部,此處開裂與圓弧過渡部位加工精度不佳,導致應力集中有關。電鏡下觀察,圓弧部位開裂源區有較深的二次裂紋,開裂源區呈沿晶界開裂特征,這與組織中存在沿晶脆性滲碳體網相關。

1/2R部位裂紋擴展區斷口形貌為解理+準解理。

心部部位斷口不致密,有較多的疏松缺陷。

拉伸試樣斷口分析——

由于抗拉強度偏低,所以對拉伸試樣的斷口也進行了觀察分析,石墨分布較均勻,但基體上可見較粗大的針狀組織形貌特征,其高倍形貌為解理形態。在斷口的邊緣,觀察到較深的二次裂紋,還有一些光滑的疏松缺陷,這些裂紋和疏松缺陷的存在將減少有效承載面積,導致抗拉強度降低。

7 斷輥輥頸表面至心部各部位斷口形貌

8 分析意見

軋輥輥頸C、Si含量明顯偏低,不符合技術要求。

斷裂輥頸組織為針狀貝氏體+粒狀貝氏體+片狀珠光體的混合組織;石墨球化狀態不佳,多為團狀和碎塊狀;在晶界上還分布有較多的網狀滲碳體和磷共晶脆性相。

斷裂輥頸部位的硬度偏低(HB322)、抗拉強度(500Mpa)明顯低于圖紙設計要求(HB 330-400 、Rm≥600Mpa)。

斷裂輥頸的斷口平齊無變形,為典型的快速脆性斷裂。

造成軋輥僅運行一周就發生輥頸部位橫向脆斷的主要原因是化學成分不合、基體組織狀態不佳、石墨球化質量不好、晶界存在脆性相、內部不致密有較多疏松缺陷等,導致輥頸性能偏低。

輥頸斷于軋輥根部圓弧倒角部位,肉眼觀察圓弧過渡不夠圓滑,有明顯的加工痕跡,此處易產生應力集中,從而引發裂紋的產生,這是軋輥斷于輥頸部位的另一重要原因。

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