拉力棒失效分析报告

拉力棒失效分析报告
学院：机电学院
专业：过控11-2
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概述：失效分析通过多学科交叉分析，找到失效原因，不仅可以防止同样的失效再次发生，而且能更进一步完善构件的功能，促进科学技术的发展，提高装备及其构件的质量，具有高经济效益和社会效益。

失效分析工作者应深入装备失效现场，广泛收集，调查失效信息，寻找是系哦啊构件及相关实物证据。

通过中种类认定推理，初步确定失效构件的失效类型，对失效构件及其相关证物展开必要的微观分析，理化试验，进一步查找失效原因。

通过归纳，演绎，类比，假设，选择性推理，建立整个失效过程及其失效原因之间的联系，进行综合分析。

在可能的情况下，对重大的失效事件进行模拟实验，验证因果分析的正确性。

样件失效分析的目的是寻找失效的原因，避免类似失效的重演，掌握失效分析的步骤，观察断口纹理。

1.试样的收集与制备
试样为在实验室收集的HT200的拉伸试棒和Q235的拉伸试棒。

HT200拉力棒 Q235拉力棒
拉力棒是由车床加工而成的标准试件
2.现场调查
2.1试样是在实验室收集的HT200拉力棒和Q235拉力棒
2.2实验设备是液压万能材料试验机，其各项参数为
最大试验力：200KN；
试验力准确度：优于示值的0.5%；
力值测量范围：最大试验力的0.4%~100%；
变形测量准确度：在引伸计满量程的2%~100%范围内优于示值的1%；
横梁位移测量：分辨率的0.001mm；
衡量速度范围：0.005mm/min~500mm/min；
载荷传感器的精度：0.5级.
WDW200D
操作要求：
①开机前和停机后，送油阀一定要置于关闭位置。

加载，卸载和回油均须缓慢进行，防止冲击。

②拉伸试件夹紧后，不得再调整下夹头位置，同事也不能调整测力指针到零。

③实验过程中要随时注意活动平台升高的位置，不得超出规定范围。

④机器开动后，操作者不得擅自离开控制台。

若听见异常声音或发现任何故障都必须立即停机。

⑤当试件将要受载时，立即减慢活动平台上升速度（关小送油阀门），以防止冲击。

⑥若加载过程中，油泵停止了工作，需要再启动油泵是，必须先回油降压，禁止在高压下启动油泵。

⑦检查油路上各阀门是否处于关闭位置；检查夹头的类型和规格是否与试件相匹配；检查保险开关是否失效。

⑧根据实验所需要的最大载荷，选择合适的量程，配置相应的摆锤，调整相应的缓冲器。

2.3实验步骤
①试件准备沿着低碳钢试件的标距长度内（l0=100mm或50mm）沿长度方向用画线器每隔10mm画一圆周线，将标距10等分或5等分，用来为断口位置的补偿做准备。

用游标卡尺在标距线附近及中间各取一截面，每个截面眼互相垂直的两个方向各测量一次直径取平均值，取这三个界面的最小值d0作为计算横截面A0的依据。

②试验机准备根据试件横截面面积和材料的大致强度极限值，估算出实验所需要的最大载荷Fb。

选择测力度盘，并配以相应的摆锤；活动台少许上升，调整测力指针对零；若需绘图，应调整好绘图装置。

③安装试件先将试件安装在上夹头上，调节下夹头使之移动到合适的位置，再把试件下端在下夹头中夹紧。

缓慢加载，观察测力指针转动的情况，以检查试件是否已夹牢，如有打滑则需重新安装。

④实验开动试验机使试件缓慢均匀加载，随时观察测力指针的移动情况及拉伸过程中的各种物理现象。

对低碳钢试件，当当测力指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录屈服载荷F s。

再继续加载，直至试件断裂后停机，由被动针读出最大载荷F b。

对铸铁试件，拉断后记下最大载荷F b。

⑤低碳钢延伸率和截面收缩率的测定试件拉断后，取下试件，观察断口。

如果断口到邻
近标距点的距离大于l0/3时，则断裂试件的两端对齐，靠紧，用游标卡尺测出低碳钢试件断裂后的标距长度l1及断口处的最小直径d1（一般从相互垂直方向测量两次后取平均值）。

如果断口到邻近标距点的距离小于l0/3时，则必须经过折算，将断口移中。

具体方法如下：以断口O为起点，在长段上取基本等于短段格数的B点，当长段所余格数为偶数时，则由所余格数的一半得C点，取BC段长度将其移至短段一边，则得断口移中后的标距长度，其计算式为l1=AB+2BC。

如果长段取B点后所余格数为奇数时，则取所余格数加1后的一半得C1点和减1后的一半得C点，移中后的标距长度为l1=AB+BC1+BC。

⑥结束实验完毕，仪器设备恢复原状，清理现场，检查试验记录是否齐全。

2.4拉伸曲线
Q235拉伸试棒拉伸曲线
HT200拉伸试棒拉伸曲线
2.5过程现象
Q235拉伸试棒随着载荷增加，变形与载荷成正比增加，当载荷增加到一定程度测力指针往回偏转，继而缓慢的来回摆动载荷增大到最大力F b时，测力主动指针回摆，试样明显变细变长，某一局部横截面积急速减小而出现“颈缩”现象，很快即被拉断。

HT200拉伸试棒没有屈服现象，载荷增大到最大值P b处突然断裂。

3 样件理化性能分析
3.1设计
拉伸试棒是l0=100mm（l0=5d0）的标准试件，按按GB228-2002加工而成。

3.2材料
铸铁拉伸试棒材料为HT200，其中
化学成分：C:3.1~3.5% Si:1.8~2.1%；Mn:0.7~0.9% P<0.15%；S≤0.12%
机械性能：σb ≥200Mpa
工作条件：
1.承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）
2.摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力>1.47MPa）
3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。

低碳钢拉伸试棒材料为Q235,各项指标为：
化学成分：Q235A级含C ≤0.22% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.050 P ≤0.045
机械性能：弹性模量（E/Gpa）：200~210
泊松比（ν）：0.25~0.33
抗拉强度（σb/MPa）：375-500
伸长率（δ5/%）：
≥26（a≤16mm）
≥25（a>16-40mm）
≥24（a>40-60mm）
≥23（a>60-100mm）
≥22（a>100-150mm）
≥21（a>150mm）
其中a 为钢材厚度或直径。

工作条件：制成的焊接结构，受动力载荷作用时接头容易出现裂缝。

不宜在低温下工作，有时会产生硬化现象,用于金属构造件，心部要求强度不高的渗碳或氰化零件
HT200拉伸试棒金相组织Q235拉伸试棒金相组织
3.2工艺过程
先截取一段棒材加工至总长，然后加工试样中测量伸长用的圆柱部分的长度，并保证其直径的d，再由夹持端向平行段加工过渡圆弧，最后车削夹持端至图纸直径尺寸。

4.样件断口分析
Q235拉伸试棒断口 HT200拉伸试棒断口
HT200拉伸试棒整个断口平坦断面较粗糙，有大小不均匀的解理面组成，解理面呈典型的河流状花样，在两个断裂面的交界处出现撕裂棱以及光滑的解理面，边缘稍有起伏，呈暗灰色，有少量白亮点，看不到钢拉伸断口三个区域(即纤维区、放射区、剪切唇)，故属脆性断裂。

Q235拉伸试棒进行拉伸试验时试样产生明显的宏观塑性变形，断口宏观形貌呈暗灰色纤维状，从拉伸破坏后的试样可以清楚地看到,试样断口可以分成两个截然不同的区域：1.断口中心区:在断口的中心相当大的区域内,断裂面凹凸不平极为明显,呈现出极为粗糙的锯齿状。

这个区域与铸铁轴向拉伸的断裂面完全相似。

2.断口杯壁剪切区:断口周边杯壁面沿着与轴线大约成45°倾斜面断裂,断裂面较为光滑、平整,呈杯壁的断裂面。

晶粒较拉伸前普遍变得更细，但还是保持均匀地分布。

5.结论
通过分析试样的制备正确工艺无误，实验操作正确规范，实验设备运行正常操作正确，材料的力学性能符合设计要求，通过对HT200拉伸试棒和Q235拉伸试棒的断口分析得HT200的断裂机制是典型的解理断裂，而且HT200是脆性材料，最大正应力是其断裂原因。

对于Q235这样的塑性材料，其中心区不是发生剪切断裂而是发生脆性拉断。

最后周边表层才沿最大剪切应力的45度斜面上剪断形成杯锥状断口。

6.参考文献
1.丁建波 低碳钢拉伸试样断口形状分析 九江职业技术学院学报 2003·4
2. 李建宾 陈 飞 楼恩明 Q235B 钢板拉伸断口分层显微研究 南钢科技与管理 2012 年第 3 期
3.贺润相 夏青 何彦永 灰铸铁拉伸断口的微观形貌及断裂机理探讨 现代铸铁1985年第三期。