HT200试棒脆性断裂失效分析
铸钢试棒力学性能不合格原因分析 转
铸钢试棒力学性能不合格原因分析程年云(武汉江岸车辆厂,武汉430012)摘要:对日常检测中材料ZG230-450两类力学性能不合格现象的试棒进行了宏观检验和显微组织分析。
结果表明,试棒中出现残余铸态组织、集中夹杂物和显微缩松等缺陷是造成这两类力学性能不合格的原因。
提出了改进措施。
关键词:力学性能;残余铸态;集中夹杂;显微缩松1 概况我厂在对ZG230-450钢试棒进行力学性能试验过程中,经检验与统计,除85%的试棒力学性能合格外,还有15%的试棒力学性能不合格。
我们对力学性能不合格的试棒进行了统计归纳,发现主要有两类力学性能不合格:①屈服点不明显或偏低,拉断后试棒表面出现皱纹,但其塑性能达到规定数值,该类试棒的典型实物见图1;②有屈服点且合格,但塑性达不到规定数值,该类试棒的典型实物见图2。
两种试棒的力学性能数据与标准值见表1。
2 检验及结果2.1 断口宏观检验对第一类试棒进行观察,发现颈缩现象明显,试样表面出现明显皱纹,表明试棒断裂前曾发生过明显屈服现象,塑性良好。
观察第二类试棒,颈缩现象不明显,试样表面光滑无折皱,表明其有屈服但不明显,塑性指标较差。
图1 屈服点不明显或偏低试棒(第一类) 图2 有屈服点但塑性低试棒(第二类)2.2 化学成分分析对两类试棒取样进行化学成分分析,分析结果(质量分数)与标准值数据见表2。
由表2数据对比可见,虽然第二类试棒化学成分在合格范围之内,但较第一类试棒的成分偏高,且含碳量偏上限。
2.3 金相组织检验分别对两类试棒制备金相试样,在XJG205大型光学显微镜下观察。
在第一类试棒及部分第二类试棒中出现明显的残余铸态组织,见图3;第二类试棒中发现集中夹杂物和显微缩松,见图4和图5。
图3 残余铸态组织100×3 原因分析综上分析得知,两类力学性能不合格试棒都出现了残余铸态组织,这说明铸钢件在完全退火时,其退火加热温度过低或保温时间不足,使得原奥氏体晶粒晶界上的铁素体未能固溶,退火后金相组织中出现针状铁素体及不等轴珠光体,且珠光体呈网状分布。
变速箱体静力和模态数值模拟及结构改进
1引言
旋耕机变速箱不仅是用于档位切换实现行走速度控制，同 时还是输出扭矩和提供拖动后面犁耙拉力的关键零件，其强度和 刚度对整机工作性能影响较大。如果变速箱强度不足，就会导致
图5等效应力云图 Fig.5 Equivalent Stress Cloud 总结其主要原因是:变速箱的工况不是静止载荷。它受到 的载荷主要有:螺栓预紧力载荷、发动机振动冲击载荷、拉力冲击 载荷等共同作用。在复杂多轴载荷瞬时冲击激励作用下,变速箱 会产生共振,当使用应力超过许用应力时，零件就会破裂失效，因
图4简化计算受力模型 Fig.4 Simplified Computational Force Model
4.3模拟计算结果分析
静力学分析得到Von Mises等效应力云图显示，如图5所示。 应力集中区域的最大等效应力为:107.6MPa,小于材料允许的最 大值220MPa。根据叭<[o■冋以判断箱体应该不会破裂,但是, 试制结果表明，上箱体发生破裂失效。通过模拟计算与实验结果 对比分析,仅有静力载荷作用下，箱体强度是足够的，但是箱体却 破裂了。
第7期
机械设计与制造
2021年7月
Machinery Design & Manufacture
187
变速箱体静力和模态数值模拟及结构改进
冯翠云 （桂林电子科技大学信息科技学院，广西桂林541004）
摘要:变速箱体破裂是变速箱失效的重要方式之一，基于ABAQUS有限元软件建立变速箱体结构力学分析模型,对其进 行静力、模态和冲击振动响应方面的数值模拟分析。模态分析和冲击振动响应分析可以确定箱体共振频率范围、最大应
实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析
实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析一、实验目的了解模具脆性断裂和韧性断裂断口失效分析步骤以及模具脆性断裂和韧性断裂断口的宏观和微观特征。
二、实验内容及步骤1、模具脆性断裂和韧性断裂宏观断口的观察（1）操作前的准备工作a.选定失效模具的待分析部位；b.选定并切割试样、清洗并擦拭干净。
（2）操作步骤a.用放大镜或低倍显微镜观察脆性断裂和韧性断裂断口；b.记录上述所观察到的脆性断裂和韧性断裂宏观断口形貌。
2、模具脆性断裂和韧性断裂微观断口的观察（1）操作前的准备工作a.选定失效模具的待分析部位；b.选定并切割试样、将试样严格清洗干净；（2）操作步骤a.将试样放入扫描电子显微镜工作室并将扫描电子显微镜调整到工作状态；b.用扫描电子显微镜观察脆性断裂和韧性断裂断口c.记录上述所观察到的脆性断裂和韧性断裂微观断口形貌。
三、实验设备器材1、放大镜、低倍显微镜、扫描电子显微镜、试样切割机、无水酒精、丙酮2、脆断失效模具和韧性断裂失效模具各一副。
四、实验注意事项1、实验前，试样表面要严格请洗；2、使用显微镜时要细心操作，以免损坏机件。
3、遇故障及时报告指导教师。
实验二模具表面磨损失效分析一、实验目的了解模具磨损失效分析步骤以及模具磨损表面的宏观和微观特征。
二、实验内容及步骤1、模具磨损表面宏观形貌的观察i.操作前的准备工作1.选定失效模具的待分析部位；2.清洗并擦拭干净。
ii.操作步骤1.用放大镜或低倍显微镜观察模具磨损表面形貌；2.记录上述所观察到的磨损表面形貌。
2、模具磨损表面微观形貌的观察i.操作前的准备工作1.选定失效模具的待分析部位；2.将试样严格清洗干净；ii.操作步骤1.将试样放入扫描电子显微镜工作室并将扫描电子显微镜调整到工作状态；2.用扫描电子显微镜观察模具（或40Cr）磨损表面微观形貌;3.记录上述所观察到的模具（或40Cr）磨损表面微观形貌。
3、磨损失效机理分析ⅰ根据模具表面磨损失效的宏观断口分析结果，初步判定模具磨损失效的类型和失效机理。
金属拉力棒断口失效分析资料
金属拉力棒拉伸断裂失效分析学院：机械电子工程学院专业：过程装备与控制工程姓名：张炳涛班级：2011—1学号：1101042136金属拉力棒拉伸断裂失效分析一、概述1、金属构件失效分析的意义和重要性(1)促进科学技术的发展，通过多个学科的交叉分析，找到失效的原因，不仅防止同样的失效再发生，而且能更进一步完善装备构建的功能，促进了相关各项工作的发展。
(2)提高装备及其构件的质量。
从设计、材料、制造等各方面进行改进，便可提高装备及其构件的质量。
（3）具有高的经济效益和社会效益。
2、失效分析报告主要内容这次针对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒试件进行了拉伸试验及失效分析，主要进行了现场调查及收集资料，包括对准备试件的测量以及试件的装夹，加载，记录了设备的型号，参数及操作要求，对设备的运行过程，试件在加载过程出现的现象进行了记录，记录拉伸曲线，然后对试件进行断口失效分析，采用低倍放大对断口的形状，晶粒度，组织组成进行分析，最后参考书籍完成报告。
二、试样制备与收集1、对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒进行拉伸试验，制备断口试件。
2.加载过程Q235拉力棒拉伸实验步骤（1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d0。
（2）试验机准备：按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。
按照“软件使用手册”，运行配套软件。
（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。
若夹具已安装好，对夹具进行检查。
（4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。
（5）开始实验：点击主机小键盘上的试样保护键，消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。
材料失效分析程序及方法
材料失效分析程序及方法实验室经理人2015-06-18材料失效基础知识机械零件、构件、设备、装置或系统可统称为机械产品（简称机械）。
机械丧失其规定功能的现象称为失效。
机械的失效通常是某一（或某些）零部件的失效所致，而某些零部件的失效最终可归结为材料的失效。
材料的失效表现为材料的累积损伤和性能退化两大类。
（一）材料的累积损伤材料的累积损伤从宏观表象规律上可归纳为各种材料累积损伤模式。
为了满足产品的规定功能，首先必须保证产品材料的宏观完整性。
由于材料完整性的丧失导致产品失效，是累积损伤的主要特征。
这一类的失效模式（形式）主要有断裂、表面损伤和过量变形。
1、断裂断裂失效是机械产品最主要和最具危险性的失效，其分类比较复杂，一般有如下几种：按断裂机理分为滑移分离、韧窝断裂、蠕变断裂、解理与准解理断裂、沿晶断裂和疲劳断裂；按断裂路径分为穿晶、沿晶和混晶断裂；按断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂，在失效分析实践中大都采用这种分类法。
韧性断裂又叫延性断裂和塑性断裂，即零件断裂之前，在断裂部位出现较为明显的塑性变形。
在工程结构中，韧性断裂一般表现为过载断裂，即零件危险截面处所承受的实际应力超过了材料的屈服强度或强度极限而发生的断裂。
脆性断裂，工程构件在很少或不出现宏观塑性变形（一般按光滑拉伸试样的截面收缩率ψ<5%）情况下发生的断裂称作脆性断裂，因其断裂应力低于材料的屈服强度，故又称作低应力断裂。
由于脆性断裂大都没有事先预兆，具有突发性，对工程构件与设备以及人身安全常常造成极其严重的后果。
因此，脆性断裂是人们力图予以避免的一种断裂失效模式。
疲劳断裂，工程构件在交变应力作用下，经一定循环周次后发生的断裂称作疲劳断裂。
它是工程中最常见的断裂，约占断裂失效的80%~90%。
按断裂前宏观塑性变形的大小分类，疲劳断裂应属脆性断裂范畴。
但是，由于疲劳断裂出现的比例高，危害性大，且是在交变载荷作用下出现的断裂，因此国内外工程界均将其单独作为一种断裂形式加以重点分析研究。
零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析
零件的脆性断裂(含疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等)失效分析本文旨在介绍零件的脆性断裂失效分析的重要性和目的。
脆性断裂是指在零件受到一定载荷作用下，没有发生明显的塑性变形，而导致突然断裂的现象。
这种失效模式对于工程结构的安全性和可靠性具有重要的影响。
脆性断裂的失效分析是一项关键的任务，旨在确定零件破坏的原因和机制，以及采取相应的措施来预防和控制脆性断裂的发生。
在分析中，我们还会涉及到与脆性断裂相关的其他失效现象，如疲劳断裂、应力腐蚀断裂和氢脆断裂等。
通过对零件脆性断裂失效的深入分析，我们可以更好地了解材料的性能和强度，确定适当的设计和加工参数，以及制定合理的维护和检修计划。
这对于提高工程结构的可靠性，延长零件的使用寿命以及降低维护成本具有重要意义。
本文将通过对脆性断裂失效分析的相关知识进行详细解释和说明，为读者提供系统的理论基础和实践指导，以便能够有效地进行脆性断裂的失效分析工作。
解释脆性断裂是指在应力作用下，当零件发生断裂时没有明显的塑性变形。
详细讨论导致脆性断裂的各种原因，包括疲劳、应力腐蚀、氢脆断裂等。
脆性断裂是指材料在受力作用下发生的突然断裂，常常发生在零件长时间受重复负载或特定环境下受力情况下。
脆性断裂的原因多种多样，下面将对其中的疲劳、应力腐蚀和氢脆断裂进行详细讨论。
疲劳断裂：疲劳断裂是由于零件在长时间受到变化的载荷作用下产生的。
当重复载荷作用于零件时，如果应力超过了材料的疲劳极限，就会发生疲劳断裂。
疲劳断裂是零件的高频失效模式，常见于机械装置和结构中。
应力腐蚀断裂：应力腐蚀断裂是指在特定环境中，材料受到应力和腐蚀介质共同作用时突然断裂。
应力腐蚀断裂的发生是由于腐蚀介质在零件表面引起局部腐蚀，而应力则产生了裂纹的扩展。
应力腐蚀断裂是一个复杂的断裂形式，常见于化工设备和海洋装备等领域。
氢脆断裂：氢脆断裂是由于材料在存在氢的环境中发生的断裂。
氢脆断裂的主要机制是氢的扩散和积聚在材料中，导致材料的力学性能降低，从而引起断裂。
断裂失效分析
3.3疲劳断裂失效
定义：工程构件在交变应力作用下,经一定循环周次后发生
的断裂称作疲劳断裂。
疲劳断裂的特点
➢ 疲劳破坏表现为突然断裂,断裂前无明显变形 ➢ 造成疲劳破坏的循环交变应力一般低于材料的屈服极限,有
的甚至低于弹性极限 ➢ 零件的疲劳断裂失效与材料的性能、质量、零件的形状、尺
寸、表面状态、使用条件、外界环境等众多因素有关。
(2) 断口上的微观特征主要是韧窝。
3.2 脆性断裂
定义：工程构件在很少或不出现宏观塑性变形(一般按光 滑拉伸试样的ψ< 5 %) 情况下发生的断裂称作脆性断裂
特点：具有突发性，常常在低应力下断裂，危害性大。
• 引发脆性断裂的因素
(1) 由材料性质引起的脆性断裂,如热裂、冷裂、兰脆、回火
脆、过热与过烧致脆、不锈钢的475 ℃脆性等。 (2) 由环境温度与介质引起的脆性断裂,如冷脆、氢脆、应力
(1) 断口附件有明显宏观塑性变形。 (2) 断口外形呈杯锥状。杯底垂直于主应力,锥面平行
于最大切应力,与主应力成45°角;或断口平行于最大 切应力,与主应力成45°的剪切断口。 (3) 断口表面呈纤维状,其颜色呈暗灰色。
• 韧性断裂的微观特征
➢ 韧性断裂的微观特征主要是在断口上存在大量的韧窝。 ➢ 注意：
•交变应力与交变应变
应力循环 图中σmax为最大应力;σmin 为最小应力;σm 为平均应力;σa 为 应力幅;Δσ为应力范围; Rs 为应力比(Rs =σmin /σmax )
应变循环
图中εmax 为应变幅的最大值,εmin为应变幅的最小值。应变幅εa 、应变范 围Δε(Δε= 2εa ) 、平均应变εm 和应变比Rε= ,εmin/ εmax
HT200试棒脆性断裂失效分析
HT200试棒脆性断裂失效分析HT200试棒脆性断裂失效分析过程装备与控制工程２０１３－２刘凯（２２）李阔（１６）摘要：在机电装备的各类失效分析中以断裂失效最主要，危害最大，往往造成严重的后果及巨大的经济损失。
试棒脆性断裂失效分析从断口的宏观外观、微观组织、受力状态等方面综合分析，解释断裂失效的原因。
关键字：ＨＴ２００试棒脆性断裂失效分析断裂是金属构件在应力作用下材料分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象，是金属构件常见的失效形式之一，特别是脆性断裂，它是危害性甚大的失效形式。
脆性断裂前构件的变形量很小，没有明显可以觉察出来的宏观变形量。
断裂过程中材料吸收的能量很小，一般是在低于允许应力条件下的低能断裂。
通过对ＨＴ２００拉力试棒断裂失效分析包括力学性能、化学成分、金相组织、其他相关性能；断口分析、表面分析，包括金相组织、电镜分析各种分析；失效现象及原因分析等综合学习掌握关于脆性断裂的相关知识一、试样收集与观察ＨＨＴ２００拉力试棒图示拉力试棒为液压万能试验机拉断后的试棒，其原始尺寸如下图。
ＨＴ２００拉力试棒尺寸图试棒装在液压万能试验机后，开动试验机缓慢加载。
在拉伸过程中，没有肉眼可见的颈缩、屈服现象，，随着“砰”一声，试棒被拉断。
拉断前的应变很小，伸长率也很小，十分典型的脆性断裂过程。
二、化学成分脆性断裂实验所用拉力试棒为ＨＴ２００材料，具体含义为灰口铸铁抗拉强度为２００ＭＰａ，硬度范围为１６３～２５５ＨＢ，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
其具体化学成分如下表。
试验过程中观察不到拉力试棒明显的应变过程及颈缩现象，在较小的拉应力作用下就被拉断了，没有屈服和颈缩现象，拉断前的应变很小，伸长率也很小。
其拉伸时的应力－应变关系是一段微弯的曲线，没有明显的直线部分，也没有明显的屈服阶段。
铸铁在拉断时的最大应力即为其强度极限。
因为没有屈服现象，强度极限σｂ是衡量强度的唯一指标。
锻模模体脆性断裂失效分析与工艺措施
工艺
锻模模体脆性断裂失效分析与工艺措施
彭长贵,刘子聪,黄林春,刘香草,蒋秋娥,王红辉
(江麓机电集团有限公司,湖南 湘潭 ４１１１００)
摘 要:针对 ５CrMnMo 钢制成的模体在使用过程中仅锻打 ３００ 余件产品 即 在 模 腔 根 部 一 侧 发 生 断
裂失效的行为进行原因分析.分析结 果 表 明,模 体 钢 铸 造 熔 炼 中 的 质 量 控 制 环 节 不 好,致 使 其 在 钢 液 中
体、疏松和疏孔等缺陷,使得钢材的使用性能下降.
同时由于设备吨位偏小,工作空间有限,限制了模体
１．
２ 加工制造缺陷
锻造工艺:模体采用锻造工艺,其主要目的是改
的尺寸,强度相对较低.在锻件最终成型阶段,锻件
善铸钢内部组织,消 除 缺 陷,细 化 晶 粒,提 高 机 械 性
量相当一部分被模 体 吸 收,很 容 易 在 燕 尾 处 产 生 应
ei
n
t
omo
r
equan
t
i
t
fi
nc
l
us
i
oni
nmo
l
t
ens
t
e
e
ll
imi
t
edf
o
r
i
ngr
a
t
i
oi
nt
hef
o
l
l
owＧup
yo
g
o
ft
hef
o
r
i
ng,t
hed
i
s
t
r
i
bu
t
i
ono
ft
hei
nc
钢筋混凝土桥梁面板脆性失效分析与施工监控
钢筋混凝土桥梁面板脆性失效分析与施工监控钢筋混凝土桥梁作为重要的基础设施之一，在现代交通发展中起着极为关键的作用。
然而，由于外界环境的不断变化和桥梁自身的老化，面板脆性失效成为一个不容忽视的问题。
本文将就钢筋混凝土桥梁面板脆性失效进行综述，并提出相应的施工监控措施和分析方法。
钢筋混凝土桥梁的面板脆性失效是指由于混凝土龄期内遇水养护不当或其他原因引起的龟裂、表面剥落等现象，导致桥梁面板的强度和耐久性降低的问题。
这种失效模式对桥梁结构的正常使用和安全性构成了严重威胁。
首先，钢筋混凝土桥梁面板脆性失效的分析是非常重要的。
通过对实际桥梁进行脆性失效的调查和试验分析，可以了解脆性失效的机理和影响因素。
常见的影响因素包括混凝土材料的选择、水养护质量、环境温度等。
在分析过程中，需要结合实际桥梁的情况，考虑桥梁的设计寿命、运载条件和使用情况等，综合评估桥梁面板脆性失效的风险。
其次，为了预防和控制钢筋混凝土桥梁面板脆性失效，施工监控显得尤为重要。
在施工过程中，可以采取以下措施来减少面板脆性失效的发生。
首先，严格控制混凝土的配合比和抗渗性能，确保混凝土质量的稳定；其次，加强对养护过程的监控，确保水养护的充分和均匀；同时，了解施工现场的环境条件，例如温度和湿度等，及时调整施工方案，为混凝土的养护提供良好的环境；最后，进行适当的质量检测和试验，及时发现和纠正可能存在的问题。
除了施工监控，对于已经存在脆性失效的桥梁面板，需要采取相应的修复和加固措施。
常用的方法包括钢筋加固、防水涂料和混凝土补强等。
通过对已失效桥梁面板进行合理的加固，可以恢复其强度和耐久性，延长桥梁的使用寿命。
此外，监测技术在钢筋混凝土桥梁面板脆性失效控制中发挥着重要的作用。
通过安装传感器和监测设备，实时监测桥梁面板的应力、变形和温度等参数，可以及时发现脆性失效的迹象。
基于监测数据的分析和处理，可以为桥梁维护提供科学依据和决策支持。
此外，结合物联网技术和大数据分析，还可以进行远程监测和预警，实现桥梁维护的精细化管理。
材料失效分析实验指导书
常见材料失效形式与分析一、实验目的观察常用材料在不同加载形式下的破坏现象，测定其主要的力学性能指标，并对其断口进行宏观和微观分析，从而确定材料在不同加载形式下的失效形式，以培养学生对工程结构材料断裂失效分析的综合能力。
二、实验内容工程结构材料的失效形式通常为断裂、腐蚀、磨损，其中断裂是常见的失效形式之一。
材料的断裂按照断裂路径可划分为正断和韧断。
正断是在正应力作用下材料原子面间的结合力被破坏，断裂无明显的宏观变形，微观断口具有结晶学特征；韧断是在切应力作用下材料内位错的滑移导致滑移面分离而断裂，断裂具有明显的宏观变形，断裂特征为滑移蛇形花样，工程结构材料的实际断裂往往是二者的结合。
本实验的内容：1．常用材料在拉伸、冲击和疲劳实验中断裂性能指标测试与分析 2．几种断口的宏观与微观分析 三、实验材料与设备1．试验材料为45钢2．PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机一台 3．JB-30B 冲击试验机一台 4．SM1体视显微镜一台 5．数码照相机 6．游标卡尺 四、试验原理与试样制备1.拉伸试验：对一定形状的试样施加轴向拉力F 至试样断裂，便可测出表征金属材料的屈服性能指标、强度性能指标及塑性性能指标。
按GB228-87将试验材料加工为如图1所示的圆形拉伸试样。
图1圆形拉伸试样试验方法中规定金属拉伸试件通常采用圆形和板状两种试样，如图1所示的圆形试样对于比例试件，对圆截面试件规定10或5100d l对板状试件，规定 =11.3或5.65式中l 0 ———试件的标距d 0———试件直径（取标距内三处最小的一处平均值） A 0———板试件横截面积 本实验采用圆截面比例试样。
2．冲击试验：该实验是一种动态力学试验。
它是将一定形状尺寸的带U 型或V 型缺口的试样，在冲击载荷作用下折断，以测定其冲击功AK和冲击韧性aK的一种试验方法。
按GB229-94将试验材料加工尺寸为10mm ⨯10mm ⨯55mm 的V 形缺口试样，如图2所示。
浅谈化工设备脆性失效的原因与预防
浅谈化工设备脆性失效的原因与预防摘要：化工设备作为一种结构，发生脆性断裂的危害是非常大的。
不论是材料脆性还是缺陷原因，导致的脆断都有基本相同或相似的特点，本文首先简要介绍了化工设备脆性失效的原因，再讨论防范脆断的主要措施。
关键词：化工设备脆性失效原因预防在化学工业、石油及石油化工、电力、冶金等以过程工程为特色的流程工业中使用的设备具有共同的特色，如大部分设备为由回转气体构造而成的容器及管道的设备。
它们所承受的不仅有机械载荷，还承受压力承荷，并且还有由于温度(或高温或低温)形成温差应力的载荷并造成金属材料性能的变化，而且还都接触不同腐蚀性能的化学介质。
因此化工设备的失效类型几乎包罗万象，非常复杂，这些设备的断裂、泄漏、甚至爆炸所造成的后果往往是灾难性的。
一、脆断失效的原因分析引起化工设备脆断的原因是相当复杂的。
过去对脆断的原因仅仅根据常见的脆性材料断裂总结出的认识，或者是一些常温下表现出塑性与韧性均很优良的钢材到低温下发生冷脆而深化了对铁素体型碳钢及低合金钢冷脆及韧化问题的认识。
但是随着近代化工与石油化工的快速发展而碰到愈来愈多的脆性断裂现象，究其原因又相当复杂，不仅是单纯的本质脆性材料的脆断或是铁素体类钢材的低温下的脆性转变问题，也涉及高温环境致使材料脆化，或介质环境致使材料脆化，这些都会导致发生脆断，而且这两类脆化又与时间密切相关，环境因素作用时间愈长脆化问题愈益严重，从而又引起防止材料脆化及安全寿命评估的技术逐步发展起来。
随着科学技术的进步，石油化工装置的大型化飞速发展，要求所选用材料向高强度发展以尽量使大型设备轻型化便于加工制造和运输，也节省了材料消耗，于是出现了一系列的高强度低合金钢。
但高强度低合金钢碰到最麻烦的问题是钢的强度可以方便地提高，但随之带来的是韧性不足塑性降低，即材料突显出脆性。
另一个带来的新问题是材料的可焊性变差，容易出现焊接冷裂纹。
大量裂纹的出现加上母材本身脆性(或称韧性不足)，导致锅炉、压力容器及管道、钢结构相继出现一系列的因严重裂纹等宏观面型缺陷而引起的“低应力脆断”事故。
金属材料脆性断裂原因的实验分析
金属材料脆性断裂原因的实验分析陈秋霞【摘要】金属材料的断裂一直是一项重要的研究内容,由于对金属材料脆性的描述缺乏合理性和规律性,对工程的正常使用造成了不同程度的影响,基于此本文对金属材料脆性断裂的原因进行试验分析.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2014(000)014【总页数】2页(P21-22)【关键词】金属材料;脆性断裂原因;试验分析【作者】陈秋霞【作者单位】大庆油田装备制造力神泵业有限公司监测中心理化实验室,黑龙江大庆163311【正文语种】中文【中图分类】TG111.91由于金属材料自身材质比较复杂，脆性断裂一直是研究的重点，很多知名学者都针对无裂纹体和裂纹体脆性断裂的原因进行了探讨，本文主要选用高镍铸铁和球墨铸铁等典型脆性材料进行了拉伸、破坏扭转等试验。
旨在分析脆性断裂的根本原因。
1 不同受力形式下脆性材料的断裂1.1 高镍铸铁的断裂分析试验选用HT200材料进行压缩、扭转和拉伸等试验，在对试件进行扭转时，断口的外形图如图1所示，断面主要是由少量孔洞和片状断层构成，通过对电镜结果进行分析，片状石墨在受到拉力时，会形成脆性的破碎，引发基体穿晶、沿晶的断裂。
而对于一些大小不同的孔洞来说，主要是在珠光基体上出现的，在单压时，断裂主要出现在试件的中部，如图1所示。
图1 铸铁拉断断口的外形对于材质比较差的铸铁材料，在单压的时候，会有沿纵向面断裂的情况出现，和大多数岩石单压断裂特征类似，这主要是因为组织材料的晶粒颗粒直径比较大，在对其进行单压时，比较硬的珠光体晶粒会进入到石墨体中，就会有相应的拉应力产生，材料会出现断裂的情况，从宏观的方面来说，最大拉应力要和作用方向相同。
通过对45＃钢和韧性材料14CrNiMOV合金钢的拉颈缩试验证明，对于应力三维度值比较高的颈缩断面来说，中心位置也出现了脆性拉断的情况，而且脆断会受到三轴拉应力控制的影响，和应力偏量关系不大。
1.2 对球墨铸铁进行断裂试验在对铸铁进行处理后得到的球状石墨就叫做球墨，有效的提高了铸铁的韧性、机械性能和塑性。
断裂失效分析中断口腐蚀产物的处理方法
断裂失效分析中断口腐蚀产物的处理方法2.长春工业大学材料科学与工程学院，吉林长春130062）摘要：采用气球吹洗法、毛刷刷洗法、物理复型法、有机溶剂法、化学试剂清洗法对金属断裂件断口表面腐蚀产物进行清洗，结果表明：气球吹洗法、毛刷刷洗法、物理复型法可有效清理掉断口表明浮尘和机械附着物，根据实验发现草酸为主剂或盐酸为主剂的弱酸溶剂可很好的还原断口原始形貌，断口表面腐蚀产物的去除对断口形貌特征失效分析起到至关重要的前提作用。
关键词：失效断裂锈蚀清洗1.前言失效分析是一门发展中的新兴学科[1]，是多个专业知识的组合，通过查验现场、制样取样、制定方案、材料检验、失效机理、形式与原因分析、提出解决方案，提高产品质量，技术开发、改进，产品修复，对于从事汽车、航空航天、轨道交通行业还需掌握材料化学成分设计、产品设计、冶金冶炼、成型铸造、焊接、热处理强化、组织分析、结构分析、无损探伤等领域的知识积累。
金属零件在断裂失效分析中，其断裂件中断口形貌特征会反馈该失效件的断裂形式，为判断失效事故原因提供重要的依据。
断裂分析中一个重要方向就是要确定裂纹源的位置与裂纹扩展方向。
当断口表面被氧化膜和腐蚀产物覆盖时，断口分析则难以进行，把氧化膜和腐蚀产物清除可真实反应断口形貌特征。
罗文姬[2]等人研究酸性清洗剂对不锈钢材质的腐蚀；Yuzawich和Hughes[3]等人研究适用于低合金钢的电化学清洗技术；周雷[4]研究了镁、铝及其合金水基清洗剂的研究；吴连生[5]研究了断口试样的选择、清洗及保存。
本文研究的目的是在失效分析断裂件上断口表面腐蚀产物的处理提供可参考的方法。
2.断口清洗方法通常除掉断口表面存在的油脂或污垢等附着物的不同情况应进行不同方法的清洗，常用处理方法：气球吹洗法、毛刷刷洗法、物理复型法、有机溶剂法、化学试剂清洗法。
断口表面带有浮尘和机械附着物采用气球吹洗法、毛刷刷洗法、物理复型法可有效处理干净。
当断口表面附着的油脂等污染物采用乙醇、丙酮、二氯甲烷、三氯乙烷、石油醚及苯等有机溶剂浸泡进行处理。
中体裂纹分析
中体失效原因分析摘要：某公司生产的中体在加工过程中发现有裂纹，通过宏观、微观对中体表面裂纹产生原因进行金相分析。
结果表明：该中体表面裂纹形成于退火处理前，是铸造冷却过程中形成的热裂纹。
关键词： 中体 凹槽 热裂纹某公司生产的一批中体，材质为HT200，铸造后经过退火处理，而后进行机加工，在机加工过程中发现表面存在裂纹，导致中体失效，造成了重大经济损失和安全隐患。
为查明裂纹产生原因和产生阶段，避免类似事故的再次发生，笔者对一只失效中体进行检验和分析，为工艺改进提供了方向。
一、宏观分析宏观观察，中体（HT200）在中心孔附近有一条几乎贯穿两侧腔孔的裂纹。
解剖后发现，裂纹由腹板变截面位置起始向表面扩展，裂纹较平直无分叉。
在距裂纹约10mm 处有一条与裂纹平行的凹槽，见图1、2。
图1 裂纹分布位置 图2 裂纹形态将裂纹打开观察，断口大部分呈暗灰色，新打开部分呈浅灰色，裂纹从中体腹板表面起始向铸件外表面扩展，见图3。
二、断口分析裂纹凹槽图3 断口形态三、金相组织分析在裂纹两侧取金相试样，制样抛光后观察，厚壁侧心部石墨形态为A 型，长约1000μm ；部分区域有直径约0.1mm 缩松孔洞，见图4、5。
薄壁侧心部石墨形态为A 型，长约400μm ；部分区域有缩松孔洞。
中体近表面石墨大部分为A 型，长约120μm ，局部区域有E 型石墨，部分区域也有较小的缩松孔洞，见图6、7。
图4 厚壁侧石墨形态 100× 图5 厚壁侧缩松孔洞 100×图6 薄壁侧石墨及缩松孔洞 100× 图7 近表面石墨及缩松孔洞 100×用4%硝酸酒精溶液腐蚀后观察，中体厚壁侧与薄壁侧心部组织均为珠光体＋硬化相，硬化相数量约5%，呈块状分布，主要为二元磷共晶-碳化物复合物，见图8、9。
中体近表面裂纹起始处新打开断口组织为珠光体＋硬化相，硬化相数量约2%，呈块状分布，主要为一元磷共晶-碳化物复合物。
用硫酸铜盐酸水溶液腐蚀后观察共晶团，中体厚壁侧心部共晶团较粗大，参照GB/T 7216-2009标准可评为8级；薄壁侧心部共晶团相对较小，可评为6级。
T型钢的断裂失效分析与预防措施
T型钢的断裂失效分析与预防措施T型钢是一种常用的结构钢材，广泛应用于建筑、桥梁、机械制造等领域。
然而，由于工作条件的复杂性和长期使用的影响，T型钢在一些情况下可能会出现断裂失效的问题，严重影响结构的安全性和可靠性。
因此，对T型钢的断裂失效进行分析，并采取相应的预防措施，具有重要的意义。
首先，我们来分析T型钢的断裂失效原因。
T型钢在工作过程中会承受不同方向的荷载，特别是垂直方向的拉力和剪力。
因此，断裂失效主要表现为拉断、屈曲和剪断失效。
拉断失效是指在受到垂直拉力作用下，T型钢断裂。
这往往是由于材料的强度不足或结构中存在缺陷导致的。
在生产过程中，应确保选用高强度、高质量的T型钢材料，并在设计和制造过程中进行严格的质量控制，以减少缺陷和强度不足的可能性。
屈曲失效是指在受到压力作用下，T型钢发生屈曲。
屈曲失效是由于材料刚度不足或远小于设计要求，或结构中存在缺陷等原因导致的。
为了避免屈曲失效，设计和制造过程中应确保T型钢的刚度满足设计要求，并进行适当的质量控制。
另外，合理的荷载分配和支撑结构也是预防屈曲失效的重要因素。
剪断失效是指在受到剪切力作用下，T型钢发生断裂。
剪断失效往往是由于材料的强度不足或结构中存在缺陷导致的。
为了预防剪断失效，需要在设计和制造过程中，选择高强度的T型钢材料，并进行合理的荷载分配和支撑结构设计。
此外，还应加强对T型钢的检测和监控，及时发现和处理可能导致剪断失效的缺陷。
除了断裂失效的分析，我们还需要采取一系列的预防措施来降低T型钢的断裂失效风险。
首先，需要加强对T型钢材料的选择和检测，确保选用高强度、高质量的材料。
在生产过程中，要严格控制材料的化学成分和力学性能，避免出现材料强度不足的情况。
其次，进行合理的设计和制造。
在设计过程中，需要合理计算和确定T型钢的强度和刚度，并充分考虑结构的荷载特性和工作环境，以确保结构的安全性和可靠性。
在制造过程中，要进行严格的质量控制，确保T型钢的尺寸精度和表面质量。
钢结构脆性破坏分析
钢结构脆性破坏分析结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中让人最头痛的一种破坏。
脆性断裂破坏前结构没有任何征兆不出现异样的变形，没有早期裂缝。
脆性断裂破坏时，荷载可能很小，甚至没有任何荷载的作用。
脆性断裂的突发性，破坏过程的瞬间性，根本来不及补救，大大增加了结构破坏的危险性。
一、钢结构脆性断裂的特征脆性破坏，破坏时几乎不发生变形，而且是瞬间发生，破坏时应力低于极限承载力。
钢材晶格之间的剪切滑移受到限制，使变形无法发生，脆性破坏的结果是钢材晶格间被拉断。
发生的机会较多，因此非常危险。
在处于韧性状态的材料中，裂纹的扩展必须有外力做功。
如果外力停止做功，裂纹也就停止扩展。
在处于脆性状态的材料中，裂纹的扩展几乎不需要外力做功，仅在裂纹起裂的时候，从拉应力场中释放出的弹性能可驱动裂纹极为迅速的扩展。
对于钢结构，发生脆性破坏时，已经注意到主要有以下一些共同的特征：残余应力的存在在某些构件的空洞、缺口、尖锐凹角、截面突变及焊接部分引起三轴向拉力；所用钢材对含有大量非金属杂质很敏感；板厚度过大影响；应力集中影响；多数破坏发生在低温情况下；焊接和钢材中冶金质量影响；脆性断裂在所有情况下发生都是突然的。
二、影响钢结构脆性断裂的因素2.1 裂纹断裂力学的出现，较好的解答了钢结构低应力脆断问题。
钢结构或构件的内部总是存在不同类型和不同程度的缺陷。
比如对接焊缝的未焊透，角焊缝的咬边，未熔合等。
这些缺陷通常可作为裂纹看待。
断裂力学认为，解答脆性断裂问题必须从结构内部存在微小裂纹的情况出发进行分析。
断裂是在侵蚀性环境作用下，裂纹扩展到临界尺寸时发生的。
裂纹有大小之分。
尤其是尖锐的裂纹使构件受力时处于高度应力集中。
裂纹随应力的增大而扩展，起初是稳定的扩展，后来达临界状态，出现失稳扩展而断裂。
对于高强钢材制作的结构，构件中储存的应变能高，断裂的危险性也就大于用普通钢材的结构。
因此，对高强钢材的韧性应要求更高一些。
2.2 应力集中的影响钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等不可避免，在荷载作用下，这些部位将产生局部高峰应力，而其余部位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
HT200试棒脆性断裂失效分析
过程装备与控制工程２０１３－２刘凯（２２）李阔（１６）
摘要：在机电装备的各类失效分析中以断裂失效最主要，危害最大，往往造成严重的后果及巨大的经济损失。
试棒脆性断裂失效分析从断口的宏观外观、微观组织、受力状态等方面综合分析，解释断裂失效的原因。
关键字：ＨＴ２００试棒脆性断裂失效分析
断裂是金属构件在应力作用下材料分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象，是金属构件常见的失效形式之一，特别是脆性断裂，它是危害性甚大的失效形式。
脆性断裂前构件的变形量很小，没有明显可以觉察出来的宏观变形量。
断裂过程中材料吸收的能量很小，一般是在低于允许应力条件下的低能断裂。
通过对ＨＴ２００拉力试棒断裂失效分析包括力学性能、化学成分、金相组织、其他相关性能；断口分析、表面分析，包括金相组织、电镜分析各种分析；失效现象及原因分析等综合学习掌握关于脆性断裂的相关知识
一、试样收集与观察
ＨＨＴ２００拉力试棒
图示拉力试棒为液压万能试验机拉断后的试棒，其原始尺寸如下图。
ＨＴ２００拉力试棒尺寸图
试棒装在液压万能试验机后，开动试验机缓慢加载。
在拉伸过程中，没有肉眼可见的颈缩、屈服现象，，随着“砰”一声，试棒被拉断。
拉断前的应变很小，伸长率也很小，十分典型的脆性断裂过程。
二、化学成分
脆性断裂实验所用拉力试棒为ＨＴ２００材料，具体含义为灰口铸铁抗拉强度为２００ＭＰａ，硬度范围为１６３～２５５ＨＢ，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
其具体化学成分如下表。
试验过程中观察不到拉力试棒明显的应变过程及颈缩现象，在较小的拉应力作用下就被拉断了，没有屈服和颈缩现象，拉断前的应变很小，伸长率也很小。
其拉伸时的应力－应变关系是一段微弯的曲线，没有明显的直线部分，也没有明显的屈服阶段。
铸铁在拉断时的最大应力即为其强度极限。
因为没有屈服现象，强度极限σ
ｂ是衡量强度的唯一指标。
σ
ｂ
＝Ｆｂ
Ａｏ。
灰口铸铁σ－ε图
四、断裂试棒断口宏观形貌及其微观金相组织观察
脆性断裂是从金属构件内部原本存在的微小裂纹为裂纹源而开始的。
因此，脆性断裂往往是突然发生的，断裂前基本没有肉眼可见的变形量。
脆性断裂一般沿低指数晶面穿晶解理，解理是金属在正应力作用下沿解理面发生的一种低能断裂。
由于解理是通过破坏原子间的键合来实现的，而密排面之间的原子间隙最大，键合力最弱，故绝大多数解理面是原子密排面。
但也有一些脆性材料断裂是沿晶断裂，如晶界上有脆性物或有晶间腐蚀是，就有可能产生沿晶断裂。
该拉力试棒为沿解理面断裂，故其断口的宏观形貌具有两个明显特征。
一、其断口表面是明亮结晶状的，表面存在小刻面。
一个多晶体金属材料的解理断口，由于其每个晶体的取向不同，所以其解理面与断裂面所取的位向也就不同，若把断口放在手中旋转时，将闪闪发亮，像存在许多分镜面。
二、存在“山形”条纹。
脆性材料在断裂时会从断裂源点形成“山形”裂纹。
随着裂纹的发展，条纹会变粗，因此，根据断口“山形”裂纹的图形可以判断脆性断裂的裂纹扩展方向和寻找断裂起源点。
综上并观察试棒断口分析可知ＨＴ２００拉力试棒为典型的脆性断裂。
脆性解理断裂的电子显微断口形态的一个特征是呈现河流花样。
由于金属是多晶体，取向又是无序的，解理在某一晶粒内进行时以及穿过一个晶粒向相邻晶粒传播时，均会造成解理裂缝在不同的结晶面上断开，这些解理裂缝相交处即会形成台阶。
在电子显微镜中这些解理台阶呈现出形似地球上的河流状形貌，故名河流状花样。
沿着解理断裂的方向河流可以合并为“主流”。
解理穿越晶界时，不仅河流花样的“流向”要发生变化，而且有可能加粗或部分消失由于实际晶体内部存在许多缺陷（位错、析出物、夹杂物等），所以在一个晶粒内的解理并不
是只沿着一个晶面，而是沿着一族相互平行的（具有相同的晶面指数），位于不同高度的晶面解理。
这样，不同高度的解理面之间的裂纹相互贯通形成解理台阶，许多的解理台阶相互汇合形成河流花样。
因此可以说河流花样实际上是断裂面上的微小解理台阶在图像上的表现，河流条纹就是相当于各个解理平面的交割。
河流花样的流向也是裂纹的扩展方向，河流的上游（河流的分叉方向）是裂纹源。
观察下面的微观金相可以明显观察到河流花样，
金相图
综合观察，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。
五、失效分析结论
由试棒断口的宏观形貌、微观金相及实验过程中所观察到的实验现象可以确定试棒是由于承受拉应力超过其抗拉强度引起的脆性断裂。
六、脆性断裂影响因素及预防途径
影响脆性断裂的因素主要有：ａ、应力状态与缺口效应。
不同的应力状态对脆性断裂有不同的影响，如最大切应力促进塑性滑移的发展，是位错移动的推动力对形变和断裂都有影响而最大拉伸应力则只促进脆性裂纹的发展。
在实际金属构件中，常见由于应力分布不均而造成三向应力状态，这是造成金属构件在静压低负荷下产生脆性断裂的重要原因。
ｂ、温度是造成工程构件脆性断裂的重要因素之一，尤其是低温。
温度的降低会引起材料本身的性能变化，钢的屈服应力增加，韧性降低，解理应力也随之下降，可能引起由原来的韧性断裂转变为低应力状态下的脆性断裂。
ｃ、材料和组织。
脆性材料、劣等冶金质量、有氢脆倾向的
材料以及缺口敏感性大的材料都会促使发生脆性断裂。
此外，不良热处理产生的脆性组织状态如组织偏析、脆性相析出、淬火后消除应力不及时不充分等也会促使脆性断裂的发生。
ｄ、金属构件的尺寸效应、焊接质量以及工作介质存在腐蚀性等都会引起脆性断裂的发生。
为确保构件在使用中的安全，在设计制造方面应全面考虑到选择合理的材料、材料的断裂韧性水平、构件的最低工作温度和应力状态、焊接结构及工艺、工作过程中承受的载荷类型以及工作环境是否存在腐蚀性介质。
拉力棒脆性断裂失效分析报告。