45#钢管断裂原因分析
目录
1.引言 (1)
1.1 45#钢简介 (1)
1.1.1 物理参数 (1)
1.1.2 化学成分 (1)
1.1.4 钢的热处理简介 (1)
1.1.5 热处理后力学性能标准 (3)
1.2 钢管主要生产工艺 (3)
1.3材料的断裂失效 (4)
1.3.1 断裂简介 (4)
1.3.2 断裂的类型及断口特征 (4)
1.3.3 韧性断裂与脆性断裂 (4)
1.3.4穿晶（晶界）断裂与沿晶断裂 (5)
1.3.5剪切断裂和解理断裂 (5)
2 .实验内容 (7)
2.1试验样品及仪器 (7)
2.1.1试验样品 (7)
2.1.2试剂及药品 (7)
2.1.3 实验仪器 (8)
2.2 实验过程 (8)
2.2.1 金相及硬度检测 (8)
2.2.1.1金相试样的线切割制备 (8)
2.2.1.2金相试样的粗磨及抛光 (9)
2.2.1.3腐蚀 (9)
2.2.1.4金相检测 (9)
2.2.1.5硬度检测 (9)
2.2.2 断裂试样的扫描检测 (10)
2.2.2.1断面预处理 (10)
2.2.2.2试样断口扫描 (10)
3实验结果分析与讨论 (11)
3.1断口形貌分析 (11)
3.2金相组织分析 (12)
3.3硬度分析 (13)
结论 (15)
参考文献 ................................................................. 错误！未定义书签。
45#钢管断裂原因分析
1.引言
1.1 45#钢简介
45号钢，是GB中的叫法，JIS中称为：S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN 称为：C45 。国内常叫45号钢，也有叫“油钢”。一般，市场现货热轧居多。冷轧规格1.0至4.0mm之间
1.1.1 物理参数
1.1.2 化学成分
除Fe之外，其他元素及含量如下
1.1.4 钢的热处理简介
45#钢为优质碳素结构钢，含C量为0.45%，属中碳钢，其优点是硬度不高但易于切削加工，缺点是淬火性能不好，所以如果需要表面硬度较高，又希望发挥45#刚优越的机械性能，常将45#钢作调质（先850℃正火，再840℃淬火加600℃回火处理）加表面淬火（加
热温度视情况而定，约860℃左右进行淬火）处理，而不是渗碳加淬火，这样虽然前者获得的表面耐磨性比后者稍低，但保证了其芯部耐冲击的性能。
加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线)以上30~50℃，保温一段时间后，
却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。对于形状复杂的重要锻件，在正火后还需进行高温回火（550-650℃）高温回火的目的在于消除正火冷却时产生的应力，提高韧性和塑性。
钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。
正火是将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。
正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。
45#钢为优质碳素结构钢，含C量为0.45%，属中碳钢，其优点是硬度不高但易于切削加工，缺点是淬火性能不好，所以如果需要表面硬度较高，又希望发挥45#刚优越的机械性能，常将45#钢作调质（先850℃正火，再840℃淬火加600℃回火处理）加表面淬火（加热温度视情况而定，约860℃左右进行淬火）处理，而不是渗碳加淬火，这样虽然前者获得的表面耐磨性比后者稍低，但保证了其芯部耐冲击的性能
1.1.5 热处理后力学性能标准
1.2 钢管主要生产工艺
无缝钢管的生产方法，大致分为斜轧法（孟内斯曼法）和挤压法。斜轧法（孟内斯曼法）是先用斜轧辊将管坏穿孔，然后用轧机将其延伸。这种方法生产速度快，但对管坯的可加工性要求较高，主要适用于生产碳素钢和低合金钢管。
挤压法则是用穿孔机将管坯或钢锭穿孔，再用挤压机挤压成钢管，这种方法比斜轧法效率低，适用于生产高强度合金钢管。
斜轧法和挤压法都必须先将管坯或钢锭加热，生产的钢管称为热轧管。用热加工法生产的钢管有时候可根据需要再进行冷加工。冷加工有两种方法：一种是冷拔法，就是将钢管通过拔管模拉拔，使钢管逐渐变细、伸长；另一种方法是冷轧法，它是将孟内斯曼兄弟发明的热轧机应用于冷加工中的方法。无缝钢管的冷加工，可以进步钢管的尺寸精度和加工光洁度，改善材质的机械性能等。
无缝化钢管（热轧钢管）的生产工艺
钢管的无缝化主要是通过张力减径来完成的，张力减径过程是空心母材不带芯棒的连续轧制过程。在保证母管焊接质量的条件下，焊管张力减径工艺是将焊管整体加热到950摄氏度以上，再经张力减径机（张力减径机共有24道次）轧制成各种外径与壁厚的成品管，采用此工艺所生产的热轧钢管与普通的高频焊管有本质的区别通过加热炉加热后其焊缝与母体的金相组织和机械性能可以达到完全一致此外，通过多道次的张力减径机轧制和自动控制使得钢管的尺寸精度(尤其是管体圆度和壁厚精度)优于同类无缝管。世界发达国家生产的流体管，锅炉管中已大量采用焊管无缝化工艺，随着社会的发展，国内热轧焊管逐步代替无缝管的局面已经形成
1.3材料的断裂失效
1.3.1 断裂简介
固体材料在力的作用下分成若干部分的现象称为断裂。材料的断裂是力对材料作用的最终结果，它意味着材料的彻底失效。研究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断裂的力学条件，以及影响材料断裂的各种因素不仅具有重要的科学意义，而且也有很大的使用价值。
1.3.2 断裂的类型及断口特征
材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与拓展两个阶段。由于材料品类的不同，及引起断裂的条件各异，材料断裂的机理与特征也并不相同，若按照断裂前与断裂过程中材料的宏观塑性变形的程度，可以把断裂分为脆性断裂与韧性断裂；按照晶体材料断裂和裂纹拓展的途径，分为穿晶断裂和沿晶断裂；按照微观断裂机理，分为解理断裂和剪切断裂；按照作用力的性质还可分为正断和切断等。
材料的断裂表面成为断口，用肉眼、放大镜或电子显微镜等手段对材料断口进行宏观及微观的观察分析，以了解材料发生断裂的原因、条件、断裂机理以及与断裂有关的各种信息的方法，称为断口分析法。
1.3.3 韧性断裂与脆性断裂
韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。韧性断裂时一般裂纹拓展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能。断口用肉眼或放大镜观察时，往往呈暗灰色，纤维状。纤维状是塑性变形过程中，众多微细裂纹的不断拓展和相互连接造成的，而暗灰色则是纤维断口表面对光的反射能力很弱所致。其形貌如图1。
脆性断裂是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，表现为快速断裂过程。其断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。其形貌如图2。
图1 图2
图3 图4
1.3.4穿晶（晶界）断裂与沿晶断裂
对于晶体材料，发生断裂时裂纹拓展的路径分为穿晶和沿晶多数为脆性断裂。
1.3.5剪切断裂和解理断裂
剪切断裂与解理断裂是两种不同的微观断裂方式，是材料断裂的两种重要微观机理。
剪切断裂。剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。某些纯金属尤其是单晶体金属可产生纯剪切断裂，其断口呈锋利的楔形；大单晶体的纯剪切断口上，用肉眼就可观察到很多直线状的滑移痕迹。对于多晶体，由于晶粒间的相互约束，位错沿着相互交叉的滑移面移动，从而在微观断口上呈现出“蛇形滑动”花样。随变形度的加剧，蛇形滑动花样平滑化，形成“涟波”花样，变形再继续增加，涟波花样进一步平滑化，而在断口上留下无特征的平坦面，称为“延伸区”。
剪切断裂的另一种形式为微孔聚集型断裂。其断口在宏观上常呈现暗灰色、纤维状，微观断口特征花样则是端口分布大量“韧窝”。微孔聚集断裂过程包括微孔形核、长大、聚合直至断裂。一般来说，其实微孔的尺寸主要取决于杂质物或第二项质点的大小和他们间的距离，以及金属材料本身塑性的好坏。若塑形相同，质点间距减小，则韧窝尺寸和深度都减小。在相同质点间距下，塑性好的材料韧窝深。在三向应力作用下，韧窝呈等轴状，而在切应力作用下，常呈椭圆形或抛物线形。韧窝形貌见图3。
解理断裂。在正应力作用下，由于原子间结合力破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。实际解理断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的。这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。解理裂纹的拓展往往是沿着晶面指数相同的一族相互平行，但位于“不同高度”的晶面进行的。不同高度的解理面之间存在台阶，众多台阶的汇合便形成河流花样。解理台阶、河流花样和舌状花样是解理断口的基本微观特征。如图4.
2 .实验内容
分析钢管断裂的原因，首先要通过观察断裂面的微观形貌特征来判定断裂的种类，再从钢管组织入手，观察组织形貌，即45#钢中铁素体及渗碳体组织多少及分布，找到断裂原因。再辅以硬度检测，以证明断裂分析结论的准确性。
2.1试验样品及仪器
2.1.1试验样品
45#钢管断裂试样
2.1.2试剂及药品
实验所用的试剂原料如下表所示。
表2.1实验中使用的试剂
Table 2.1 The reagent used in experiment
2.1.3 实验仪器
2.2 实验过程
2.2.1 金相及硬度检测
2.2.1.1金相试样的线切割制备
先将断裂钢管加持在DK7725电火花线切割机上，再输入操作程序，紧丝，对边并定中心，然后运行线切割机，得到粗加工的待测试样。如图
图5
2.2.1.2金相试样的粗磨及抛光
将切割好的试样，选取垂直于钢管断裂面的一侧表面依次用800目、1200目、2000目的砂纸打磨，至表面光滑，再在PG-1金相试样抛光机上抛光，至表面光亮若镜面，在偏光显微镜下观察，没有划痕。图7为所制样品。
图7 图8
2.2.1.3腐蚀
取无水乙醇5ml,浓硝酸95毫升，混合，至均匀，配制体积分数为5%硝酸酒精溶液。取0.5ml滴在金相试样表面，置通风处，至表面干燥。
2.2.1.4金相检测
将腐蚀后的样品置于MDJ系列金相显微镜上，从边缘向内部观察组织形貌，先使用×50镜头整体观察，再使用×100及×200镜头细微观察，并拍摄金相组织照片以供分析。
2.2.1.5硬度检测
将试样加载在MHV2000型数显显微硬度计载物台上，设置加载力为4.9N,加载时间10秒，从裂纹边缘向试样内部依次测试硬度。约每0.1mm间距取一测试点，共10取样点。
2.2.2 断裂试样的扫描检测
2.2.2.1断面预处理
将试样在超声仪中超声处理30分钟，以清洗断裂截面，为做显微扫描做准备。清洗后断裂面如图8
2.2.2.2试样断口扫描
将超声清洗后的样品，使用JSM-6380LV扫描电子显微镜，扫描观察表面形貌。扫描时，一次使用×23，×100，×500的扫描镜头，并拍摄扫描照片以供分析。
3实验结果分析与讨论
3.1断口形貌分析
肉眼观察断口形貌，可发现图8中左下角处的裂纹源。样品的断口裂纹源处存在明显的纤维区和放射区，而由于钢管试样较大，剪切唇并不明显，所以钢管的断裂属于微孔聚集型剪切断裂
图9 （1）图9（2）
图9（3）
微孔聚集型断裂是材料韧性断裂的普通方式。钢管端口在宏观上常呈现暗灰色，纤维状，微观断口特征则是端口上分布的大量“韧窝”如图9（1）,图9（2）所示。微孔聚集型断裂包括微孔形核，长大，聚合至断裂。微孔的形核是通过第二相碎裂或与基体界面脱离，如图9（3）所示，并在材料塑性变形到一定程度时产生的。随塑性变形的的进一步发展，大量位错进入微孔，使微孔逐渐长大。微孔长大的同时，与相邻微孔的基体横截面不断减小，最终微孔连接聚合形成微
裂纹。随后在裂纹尖端附近存在三向压应力区和集中塑性变形区，在该区形成新的微孔。新的微孔借助內缩颈与裂纹连通，是裂纹向前推进一步，如此不断进行下去，直至最终断裂，便形成通常见到的宏观上呈纤维状，微观上为韧窝的纤维区。纤维区中裂纹拓展速度较慢，并伴随有更大的塑性变形。当裂纹达到某一临界尺寸后，产生更大的应力集中，裂纹以低能量撕裂的方式快速拓展，并形成放射区。放射区有放射线花样特征。放射线平行于裂纹拓展方向而垂直于裂纹前端轮廓线，并逆指裂纹源。放射区的断裂过程虽然与纤维区不同，但仍属于韧性撕裂过程。
3.2金相组织分析
该钢管的金相组织如图
图10（1） 图10（2）
图10（3） 图10（4）
在金相图片中可明显观察到白色羽毛状的铁素体魏氏组织和灰色块状珠光体组织。
该钢管的生产原料为45#钢锭，生产工艺为将钢锭加热到1000℃左右，保温奥氏体化，在冲击成形，然后正火轧制而成。45#钢属亚共析钢，奥氏体化后正火处理，得到铁素体和珠光体组织，而正火工艺的冷却速度较快，奥氏体发生亚共析转变，使得先析出相铁素体不仅含量降低，而且形态也会发生变化。通常在正火处理时，加热温度过高，保温时间过长及炉内温度不均匀等都可以造成局部过热，即生成粗大的奥氏体晶粒，若冷却速度快，铁素体析出时便呈片状或针状的魏氏组织，如图10（1），图10（2）。魏氏组织会造成局部应力集中，使钢的塑性降低，性能恶化。
在该批钢管的生产中，奥氏体化温度高于1000℃，而45#钢的正火温度一般设定在840到870℃，谷此批钢管的正火温度是稍高的。正火温度高，造成了两个效应，即奥氏体晶粒粗大和冷却速度快，这两个因素均对魏氏组织的形成起到促进作用。由于先共析铁素体沿奥氏体晶界析出，所以在金相组织照片中可依旧可以看到原奥氏体晶粒轮廓，其晶粒大小在200μm左右，图10（3），图10（4）。考虑到钢管的生产时间在冬季，较高的正火温度和较低的环境温度，使得正火过程中温度降低速度较快。
结合对断口形貌的分析，可知正火过程产生的魏氏体便是引起应力集中的第二相，轧制时引发了钢管的断裂。
3.3硬度分析
硬度是表征材料软硬程度的力学性能指标，一般认为是指材料表面上不大体积内抵抗变形或开裂的能力。显微硬度属于压入法硬度测试，压入法的硬度值是材料表面抵抗另一物质局部压入时所引起的塑性变形能力。压入法硬度试验的应力状态最“软”，最大切应力远大于最大正应力，所以在此应力下几乎所有材料都会产生塑性变形。压入法所测数值与材料静强度和疲劳强度都有比较好的对应关系，由于硬度与强度之间存在非常好的对应关系，在实践中，硬度几乎成了强度的代名词。硬度试验数据如下表所示
结论
试验通过对45#钢管断裂面的扫描分析及断裂面附近的金相分析和硬度分析，得到如下结论；
45#钢锭在进行奥氏体化预处理时，加热温度较高，导致奥氏体晶粒粗大。后续正火工艺，由于初始温度（即奥氏体化温度）较高，冷却速度稍快，致使先析出相铁素体形成魏氏组织。魏氏组织严重恶化钢的性能，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低，容易发生断裂，。魏氏组织在钢管中造成应力集中，在轧制时先是产生显微裂纹，随后裂纹不断扩大，并发生剪切断裂。
钢中的魏氏组织一般可通过细化晶粒的正火、退火以及锻造等方法加以消除，程度严重的可采用二次正火加以消除。
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。
汽车半轴断裂原因分析及对策研究 摘要 在当今社会，汽车已经走入了寻常百姓的家里，可以说汽车已经成为了我们生活中的一个重要部分。而半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分，它是差速器与驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一
般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接。根据其支承型式不同，可分为全浮式半轴和半浮式半轴。 汽车半轴在使用过程中常出现弯曲、扭曲和断裂以及花键齿磨损或扭斜等敌障。我们课题将对半轴所出现的断裂问题进行分析，并对其提出相应的对策。首先是对半轴材料以及处理工艺上进行分析，找出其对于半轴断裂的影响，并提出解决方案；其次是对半轴结构上的受力分析，运用ANSYS有限元分析软件，对半轴模型施加不同作用力，通过分析其位移云图，节点等效应力图，位移矢量图等，分析半轴受力与变形情况，对此在半轴结构上提出相应的解决对策。 最终，我们通过分析研究，发现对于半轴材料及处理工艺上，往往是在材料选取上以及热处理工艺上出现不达标等问题造成的。而你对于半轴结构的受力分析，我们通过对软件结构进行分析，最终得出半轴两端部以及花键，变直径等应力集处，最容易产生断裂现象，所以在半轴的设计与制造时，应当尽量避免这些不利因素。 关键词汽车半轴全浮式半浮式 ANSYS软件受力分析 引言 汽车自19世纪末诞生至今100余年期间,汽车工业从无到有,以惊人的速度发展,写下了人类近代文明的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。而汽车半轴是汽车的一个重要部件，它是差速器与驱动轮之间传递转矩的实心
轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端以凸缘与轮毂连接。汽车半轴的结构形式取决于驱动车轮的结构，根据半轴的受力情况，半轴分为全浮式半轴和半浮式半轴。由此可见汽车半轴是汽车正常行驶的一个重要的部件，半轴性能的好坏对于汽车的安全行驶起着重要的因素。我们的课题将对汽车半轴常出现的断裂问题进行分析，通过查找资料并运用ANSYS有限元分析软件，找到半轴断裂原因并提出相应的解决方案。 汽车半轴介绍 汽车半轴是差速器与驱动轮之间传递转矩的实心轴，其内端一般通过花键1与半轴齿轮连接，外端以凸缘2与轮毂连接。 汽车半轴分类 汽车半轴的结构形式取决于驱动车轮的结构，根据半轴的受力情况，半轴分为全浮式半轴和半浮式半轴。 全浮式半轴：这种支承形式的半轴除受扭矩外，不在承受任何反力以及弯矩。这一类比较常用。
管道安装工程施工方案 本工程管道材料使用￠100热度钢管，管道埋深地面下70㎝，下做15㎝砂垫层 一、管线土方工程及管道基础施工 1、管道测量放线管线测量应依据管道线路控制点的坐标进行。 为了准确掌握管沟的控制点，在工程场地内引进、设置永久性基准桩位，妥善维护，工程竣工后交业主。上述工作结束后，请监理公司人员验线，确认后进行管沟开挖工作。 2、管沟的开挖方法开挖前应进行调查研究，充分了解挖槽段的土质、地下水位、地下构筑物、沟槽附近地下建筑及施工环境等情况，发现问题及时与建设单位取得联系，研究处理措施。为防止超挖，开挖前要划出沟槽开口边线，按开口坡度逐层下挖并随时测量挖深。 二、管线阀门井的施工1、阀门井的砌筑 （1）安装管道时，准确地测定井的位置。 （2）砌筑时认真操作，管理人员严格检查，选用同厂同规格的合格砖，砌体上下错缝，内外搭砌、灰缝均匀一致，水平灰缝凹面灰缝，宜取5--8cm，井里口竖向灰缝宽度不小于5mm，边铺浆边上砖，一揉一挤，使竖缝进浆，收口时，层层用尺测量，每层收进尺寸，四面收口时不大于3cm，三面收口时不大于4cm，保证收口质量。
（3）安装井盖时，井墙必须清理干净，湿润后，在井盖与井墙之间摊铺水泥浆后稳井盖，露出地面部分的检查井，周围浇筑注砼，压实抹光。 2、管线关键工序，测量放线工程 （1）开工之前，对监理（业主）提供的坐标点、水准点进行复测。 （2）平面施工控制测量：对坐标控制点测放护桩，施工测量严格执行测量双检制，确保测量成果的准确性。 （3）高程测量控制：以复测报告为依据，在管线区内测放4个临时水准测量点，并埋设标石。 （4）竣工测量：单项工程完工后，在管沟回填前，对管顶标高及控制点坐标进行竣工测量，绘制竣工测量成果表，依此绘制竣工图。 3、管道的安装在管沟土石方工程施工的同时，及时做好施工各项准备，施工人员和机械及时进场，施工人员熟悉施工图和本方案的技术要求，对管材及成品管件及时组织进厂验收，一旦管沟成型，及时进行管道安装工作。 （1）管材和管件的验收对管件进场后的质量标准进行检验。 管材应质地良好、管道内外壁应光洁、平整无裂纹、无脱皮和无明显痕纹凹陷，管材的色泽基本一致。管材轴向不得有异向弯曲，管端口
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。
钢管知识及分类标准 一、钢管分类 1、按生产方法分类 （1）无缝钢管--热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管 （2）焊管 （a）按工艺分--电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）、气焊管、炉焊管 （b）按焊缝分--直缝焊管、螺旋焊管 2、按断面形状分类 （1）简单断面钢管--圆形钢管、方形钢管、椭圆形钢管、三角形钢管、六角形钢管、菱形钢管、八角形钢管、半圆形钢圆、其他 （2）复杂断面钢管--不等边六角形钢管、五瓣梅花形钢管、双凸形钢管、双凹形钢管、瓜子形钢管、圆锥形钢管、波纹形钢管、表壳钢管、其他 3、按壁厚分类--薄壁钢管、厚壁钢管 4、按用途分类--管道用钢管、热工设备用钢管、机械工业用钢管、石油、地质钻探用钢管、容器钢管、化学工业用钢管、特殊用途钢管、其他 二、无缝钢管标准 是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚动轴承套圈、千斤顶套等，目前已广泛用钢管来制造。钢管还是各种常规武器不可缺少的材料，枪管、炮筒等都要钢管来制造。钢管按横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下，圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流体。此外，圆环截面在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，因此，绝大多数钢管是圆管。 但是，圆管也有一定的局限性，如在受平面弯曲的条件下，圆管就不如方、矩形管抗弯强度大，一些农机具骨架、钢木家具等就常用方、矩形管。根据不同用途还需有其他截面形状的异型钢管。 1.结构用无缝钢管（GB/T8162-1999）是用于一般结构和机械结构的无缝钢管。 2.流体输送用无缝钢管（GB/T8163-1999）是用于输送水、油、气等流体的一般无缝钢管。 3.低中压锅炉用无缝钢管（GB3087-1999）是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔（轧）无缝钢管。 4.高压锅炉用无缝钢管（GB5310-1995）是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。 5.化肥设备用高压无缝钢管（GB6479-2000）是适用于工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。 6.石油裂化用无缝钢管（GB9948-88）是适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道无缝钢管。 7.地质钻探用钢管（YB235-70）是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管，按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。
故障件的断口分析 在形形色色的故障分析过程中,人们常会瞧到一些损坏零件的断口,但就是人们缺乏“读懂”它的经验,不能从它的断口处判断其损坏的真正原因而贻误了战机。这里结合整改过程中的一些实例作些介绍,希望能对您有所帮助！ 对于汽车常用碳素钢与合金钢而言,其常见断口有: 1.韧性(塑性)断口:发生明显塑性变形的断裂统称为塑性断裂。断口形貌为韧性(塑性)断口,断口呈暗灰色没有金属光泽瞧不到颗粒状形貌,断口上有相当大的延伸边缘。 2.疲劳弯曲断口: 2-1 在抗拉极限范围内的疲劳弯曲断口:出现典型的疲劳裂纹源区、裂纹扩展区与瞬时断裂区特征(下面将详 述)。 2-2 超过抗拉极限范围内的弯曲断口:不具有典型的疲劳断口特征,属于不正常的弯曲断裂。其断口特征:沿弯 曲方向上下呈灰褐色无金属光泽的断层;而内层呈银 灰色白亮条状新断口(见图1)。
图1 3.典型的金属疲劳断口 典型的疲劳断口定会出现疲劳裂纹源区、裂纹扩展区与瞬时断裂区三个特征。断口具有典型的“贝壳状”或称“海滩状”。
3-1 疲劳裂纹源区:就是疲劳裂纹萌生的策源地,它处于机件的表面,形状呈平坦、白亮光滑的半圆或椭圆形,这就是因为疲劳裂纹的扩展过程速度缓慢,裂纹经反复挤压摩擦而形成的。它所占有的面积较其她两个区要小很多。疲劳裂纹大多就是因受交变载荷的机件表面有缺陷;譬如裂纹、脱碳、硬伤痕、焊点等缺陷形成应力集中而引起的。疲劳裂纹点在同一个机件上可能有多处,换句话说可能有多处疲劳裂纹源区,这需要我们去仔细解读疲劳断口。 3-2 疲劳裂纹扩展区:就是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。它就是判断疲劳断裂的最重要的特征区。它以疲劳源区为中心,与裂纹扩展方向垂直呈半圆形或扇形的弧线,也称疲劳弧线呈“贝纹状”。疲劳
一．焊接钢管 在目前的石油化工生产装置中，大量使用的是无缝钢管，而焊接管子仅在一些介质条件比较低或者因管子直径比较大而无无缝方法供货的情况下才使用焊接钢管，这是因为焊接钢管质量比较差的缘故。随着现代工业技术的发展，焊接钢管的生产技术水平和质量在不断的提高，其应用范围也在不断地扩大。焊接钢管与无缝钢管相比，其价格便宜，材料利用率高，尺寸偏差小，设备投资也较少，尤其是在大直径（DN≥600）钢管的生产上，无缝钢管的生产已经比较困难。因此，目前新建的或改建的石油化工生产装置中，焊接钢管应用的越来越多，尤其是对一些不锈钢应用较多的装置，采用焊接钢管代替无缝钢管，投资可以节省1/4，这对工程建设者来说无异是一个较大的吸引力。 目前，常用的焊接钢管根据其生产时采用的焊接工艺不同可以分为连续护焊（锻焊）钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。 1.连续护焊（锻焊）钢管 连续护焊（锻焊）钢管是在加热炉内对钢带进行加热，然后对已成型的边缘采用进行加压方法使其焊接在一起而形成的具有一条直缝的钢管。其特点是生产效率高，生产成本低，但焊接接头冶金结合不完全，焊缝质量差，综合机械性能差。目前护焊管在压力管道中仅用于水和压缩空气系统。 GB/T3091《低压流体输送用镀锌焊接钢管》、GB/T3092《低压流体输送用焊接钢管》标准的钢管一般为护焊钢管（有时也用电阻焊制造），它们除了流体输送用钢管的必检项目外，只附加了弯曲试验要求，故此类管子的制造、检验要求是比较低的。它们的规格范围为1/8”~6”，壁厚有普通级的和加厚级两种，材料牌号有Q195A、215QA、Q235A三种，适用于设计温度为0℃～100℃、设计压力不超过0.6MPa的水和压缩空气系统。 当输送介质为仪表用净化压缩空气时，因为仪表驱动芯子孔径比较小，若有较小的固体杂质进入就会引起操作故障，因此它采用的管子应为符合GB/T3091标准的镀锌管，而且其管道组成件应是螺纹连接而不是焊接。实际上这点是很难做到的，因为DN≥50的管子及其元件均采用螺纹连接是不合适的。通常，将仪表用净化压缩空气输送用的干管（一般DN≥50）采用无缝钢管，连接为焊接，而支管（一般DN≤40）则采用镀锌管，且支管从干管的上部引出，这样处理的结果基本上能保证仪表用净化压缩空气的干净度要求。 2.电阻焊钢管 电阻焊钢管是通过电阻焊和电感应焊接方法生产的、带有一条直焊缝的钢管，其特点是生产效率高，自动化程度高，焊接时不需要焊条和焊药，对母材损伤小，焊后的变形和残余应力也较小。但它的生产设备较复杂，设备投资高，对焊接接头的表面质量要求也比较高。由于接头处难免有杂质存在，所以接头处的塑性和冲击韧性较低，不宜用于高温高温情况下和重要场合。一般规定电阻焊钢管应使用在不超过200℃的名情况下。 常用的电阻焊钢管标准有SY/T5038《普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管》等。SY/T5038标准的规格范围为DN150～DN500，壁厚从4.0mm～10mm共9种规格，材料牌号有Q195、Q215、Q235三种，适用介质为水、煤气、空气、采暖蒸汽等普通流体。 3.电弧焊钢管 电弧焊钢管是采用电弧焊焊接方法生产的钢管，它的特点是焊接接头达到完全的冶金结合，接头的机械性能能够完全达到或接近母材的机械性能。在经过适当的热处理和无损检查之后，电弧焊直缝钢管的使用条件可以达到无缝钢管的使用条件而取代无缝钢管。 根据焊缝形式的不同，电弧焊钢管可分为直缝管和螺旋焊缝管两种。根据焊接时采取的保护方法的不同，电弧焊钢管又可分为埋弧焊钢管融化极气体保护焊钢管两种。 螺旋缝焊接钢管是在焊接过程中，焊枪和焊缝处于旋转运动和直线运动结合的相对运动中，其焊缝呈螺旋形。与直缝钢管相比，其焊缝线度长，而且焊缝的受力为二维拉应力。
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。”
焊接钢管 概述 焊接钢管是指用钢带或钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后再焊接成的、表面有接缝的钢管。焊接钢管采用的坯料是钢板或带钢。20世纪30年代以来，随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。焊接钢管比无缝钢管成本低、生产效率高 分类方法 按焊接方法分类 按焊接方法不同可分为电弧焊管、高频或低频电阻焊管、气焊管、炉焊管、邦迪管等。 电焊钢管：用于石油钻采和机械制造业等。 炉焊管：可用作水煤气管等，大口径直缝焊管用于高压油气输送等； 螺旋焊管用于油气输送、管桩、桥墩等。 按焊缝形状分类 可分为直缝焊管和螺旋焊管 直缝焊管：生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。 螺旋焊管：强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30~100%，而且生产速度较低。因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。 按用途分类 按用途又分为一般焊管、镀锌焊管、吹氧焊管、电线套管、公制焊管、托辊管、深井泵管、汽车用管、变压器管、电焊薄壁管、电焊异型管和螺旋焊管。 一般焊管：一般焊管用来输送低压流体。用Q195A、Q215A、Q235A钢制造。也可采用易于焊接的其它软钢制造。钢管要进行水压、弯曲、压扁等实验，对表面质量有一定要求，通常交货长度为4-10m，常要求定尺（或倍尺）交货。焊管的规格用公称口径表示（毫米或英寸）公称口径与实际不同，焊管按规定壁厚有普通钢管和加厚钢管两种，钢管按管端形式又分带螺纹和不带螺纹两种。 镀锌钢管：为提高钢管的耐腐蚀性能，对一般钢管（黑管）进行镀锌。镀锌钢管分热镀锌和电钢锌两种，热镀锌镀锌层厚，电镀锌成本低。 吹氧焊管：用作炼钢吹氧用管，一般用小口径的焊接钢管，规格由3/8寸-2寸八种。用08、10、15、20或Q195-Q235钢带制成。为防蚀，有的进行渗铝处理。 电线套管：也是普通碳素钢电焊钢管，用在混凝土及各种结构配电工程，常用的公称直径从13-76mm。电线套套管壁较薄，大多进行涂层或镀锌后使用，要求进行冷弯试验。 公制焊管：规格用无缝管形式，用外径*壁厚毫米表示的焊接钢管，用普通碳素钢、优质碳素钢或普能低合金钢的热带、冷带焊接，或用热带焊接后再经冷拨方法制成。公制焊管分普能和薄壁、普通用作结构件，如传动轴，或输送流体，
齿轮失效分析实例 齿轮是传递运动和动力的一种机械零件。齿轮的类型以及特点不仅可决定齿轮的运转特性，并且也决定了它是否会过早地失效。 齿轮失效的类型可划分为四种： (1)磨损失效，是指轮齿接触表面的材料损耗； (2)表面疲劳失效，是指接触表面或表面下应力超过材料疲劳极限所引起的材料失效。进一步又可分为初始点蚀、毁坏性点蚀和剥落。 (3)塑性变形失效，是指在重载荷作用下表面金属屈服所造成的表面变形。它又可进一步分为压塌和飞边变形、波纹变形和沟条变形。 (4)折断失效，是指整个轮齿或轮齿相当大的一部分发生断裂。可以进一步分为疲劳折断、磨损折断、过载折断、淬火或磨削裂纹引起的折断等。 本章主要介绍变速箱齿轮及被动齿轮的失效分析实例，供读者参考。 变速箱齿轮失效分析 1.45号钢齿坯裂纹分析 45号钢齿坯，由φ80mm圆钢落料后直接粗车成外径为φ78mm的柱体形状。其化学成分为：C：0.49％，Mn: 0.68％，Cr<0.2％。热处理工艺过程：在X—45箱式电炉中加热，到温度(820℃)装炉，装炉量109只，保温时间为一小时(工件达到温度后计算时间)，工件用盐水冷却(冷却液不循环)，水温20~30℃。回火温度为520~530℃(零件淬火后隔天回火)。经车削后，发现零件内孔平面和内孔上有较多裂纹，如图1和2所示。 图1 OPI 图象说明： 零件实物经SM-3R型渗透剂着色探伤后宏观形貌。经肉眼与放大镜观察，在齿坯内孔平面与内孔中有距离大致相等的5~6处较长的裂纹，裂纹均由内孔之平面与孔交界处为起始分别向内孔壁与平面扩展；内孔平面上和内孔交界处加工纹路明显且尖锐。
图象说明： 内孔平面试样作金相观察，有 数条裂纹交叉分布，其内充满氧化皮 夹杂。其微观裂纹长度不等，分别为 0.63mm,0.29mm,0.23mm及0.19等。 图2 OMI 200× 2．汽车变速箱齿轮失效 失效齿轮为载重汽车变速箱一挡齿轮，由渗碳钢制造，在进行台架试验时，未达到设计要求就发生断齿现象。 根据断口的形貌可断定该齿轮的断裂为高应力作用下引起的快速断裂。主动齿轮心部断口基本为韧窝，被动齿轮具有准解理断裂形貌，说明主动齿轮韧性较好，但强度较低。显微硬度证实了主动齿轮硬度较被动齿轮低。两只齿轮渗碳层中均有网状渗碳体析出，这将使表层韧性较低，致使在运转过程经受不了启动冲击应力的作用。本次断裂事故是由主动齿轮先断裂，进而引起被动齿轮崩齿，故在被动齿轮上还能看到碰伤的痕迹。因此，可以认为齿轮失效的原因为渗碳工艺控制不当（热处理不当）而引起断齿。 变速箱一挡齿轮发生断齿后的宏观实物如图3所示。主动齿轮及被动齿轮断齿后的宏观断口形貌见图4所示。 图象说明： 变速箱齿轮发生断齿后的宏观 实物形貌。 图3 OPI
1 5.1疲劳断裂失效的基本形式和特征 5.2疲劳断口形貌及其特征 5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 5.4疲劳断裂失效的原因与预防 第5章疲劳断裂失效分析 2?按应力循环次数 当Nf＞105时为低应力高周疲劳（通常所指） 当Nf＜10 4时为高应力低周疲劳?按服役的温度及介质条件 机械疲劳、高温疲劳、低温疲劳 冷热疲劳、腐蚀疲劳?基本形式 切断疲劳：面心立方在单向压缩、拉伸及扭转条件下多以切断形式破坏 正断疲劳：大多数的金属构件的疲劳失效都是以此形式进行的，特别是体心立方金属 3 ?疲劳断裂的突发性?疲劳断裂应力很低 ?疲劳断裂是一个损伤积累的过程?疲劳断裂对材料缺陷的敏感性?疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性 4 典型的疲劳断口一般有三个区,即疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。疲劳断口的宏观特征与静载破坏的脆性断口相似，无明显的宏观塑性变形。 5 ?疲劳核心是疲劳破坏的起点，它总是位于零件强度最低或应力最高的地方。 ?零件承受弯曲、扭转疲劳负荷时，最大应力区是在零件的表面。 ?零件表面的加工刀痕、凹槽、尖角、台肩等处由于应力集中往往成为疲劳源。 ?如果零件内部存在缺陷，如脆性夹杂物、白点、空洞、化学成分的偏析等，则可能在零件内部产生疲劳源。 1、疲劳核心(或称疲劳源) 6 ù疲劳源的数目可以不止一个，在名义应力较高或是应力集中较为严重时，在高应力区域就可能产生几个疲劳源。 ù疲劳源的位置用肉眼或低倍放大镜就能判断，一般在疲劳区中磨得最光亮的地方。 ù在断口表面同时存在几个疲劳源的情况下，可按疲劳线的密度来确定疲劳源产生的次序，疲劳线的密度越大，表示起源的时间越早。
7 疲劳断口上最重要的特征区域 该区域上常有疲劳断裂独特的宏观标志，如贝纹状、蛤壳状、海滩波纹等。 贝纹线以疲劳源为中心，向四周推进呈弧形线条，垂直于 裂纹扩展方向。 对于光滑试样，疲劳弧线的圆心一般指向疲劳源区。扩展到一定程度时，也可能出现疲劳弧线的转向现象 当试样表面有尖锐缺口时，疲劳弧线的圆心指向疲劳源区的相反方向。 在低周疲劳断口上一般也不常能观察到贝壳状条纹线。 8 $疲劳裂纹达到临界尺寸后发生的快速破断,它的特征与 静拉伸断口中快速破坏的放射区及剪切唇相同,但有时仅出现剪切唇而无放射区。$对于非常脆的材料,此区为结晶状断口，即使是塑性良好的合金钢或铝合金，疲劳断件断口附近通常也观察不到宏观的塑性变形。 9 10 6与静载拉伸断裂时不同，拉压疲劳断裂的疲劳核心多源于表面而不是内部。缺口试样由于缺口根部有应力集中故靠近表面裂纹扩展快，结果形成波浪形的疲劳弧线。高应力导致疲劳稳定扩展区较小，而最终断裂区所占比例较大。 6旋转弯曲的疲劳源区一般出现在表面，但无固定地点，疲劳源可 以为多个。疲劳源区和最后断裂区相对位置一般总是相对于轴的旋转方向而逆转一个角度。而高应力集中时，最终撕裂面移向中心，呈现棘轮花样。交变扭转载荷也出现这种花样 6双向弯曲的疲劳源区可能在零件的两侧表面，最后断裂区在截面内部。在高名义应力下，光滑的和有缺口的零件瞬断区的面积都大于扩展区，且位于中心部位，形状似腰鼓形。随着载荷和应力程度的提高，瞬断区的形状逐渐变形成为椭圆形。在低名义应力下，两个疲劳核心并非同时产生，扩展速度也不一样，所以断口上的疲劳断裂区一般不完全对称，瞬断区偏离中心位置。 11 D第一阶段为切向扩展阶段。在交变应力作用下，使滑移形成的裂纹源扩展形成可观察的裂纹，裂纹尖端将沿着与拉伸轴呈45°角方向的滑移面扩展。该阶段中裂纹扩展范围较 小，一般在2~5个晶粒之内。 D第二阶段为正向扩展阶段。裂纹从原来与拉伸轴呈45 °的滑移面，发展到与拉伸轴呈90 °，该阶段的断口具有引人注目的独特形态－疲劳辉纹。 D第三阶段是由于裂纹扩展到一定长度后，使构件的有效截面减少而造成的一次性快速断裂，断口特征常为韧窝型撕裂。 12疲劳辉纹的一般特点 （1）疲劳裂纹是一系列基本上相平行的条纹，略带弯曲呈波浪形，并与裂纹局部扩展方向相垂直，其凸弧面指向裂纹扩展方向。 （2）在疲劳裂纹稳定扩展阶段，所形成的每一条辉纹相当于一次载荷循环。辉纹确定了裂纹前沿线在前进时的位置。（3）疲劳辉纹的间距随应力场强度因子而变化，应力越大，间距越宽；反之应力越小，则间距越窄。 （4）疲劳断口的微观范围内，通常由许多大小不同、高低不一的小断块组成，每一小断块上的疲劳辉纹连续且平行，而相邻小断块上的疲劳辉纹不一定连续和平行。（5）断口的两匹配面上的辉纹基本对应。
动设备石油化工设备技术，２０１０，３１（４）?３５? Ｐｅｔｒｏ－ＣｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ高压水泵主轴断裂失效分析 马小明．熊烨 （华南理Ｓ－大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０） 摘要：文章通过化学成分、力学性能、金相组织、宏微观断口等分析方法，系统分析了高压水泵轴断裂的原因，表明材料组织夹杂物多，脆性明显，操作中受循环水腐蚀作用，并在退刀槽处产生点蚀坑，致使退刀槽部位产生应力集中，形成疲劳裂纹源，最终主轴在退刀槽部位发生低应力高周疲劳断裂。 关键词：高压水泵；疲劳断裂；失效分析；点蚀 某炼油焦化装置中ＨＳＧ６２５型高压水泵主 轴发生了断裂失效，该轴经调质处理，３Ｃｒｌ３材 料，转速为３７５０ｒ／ｍｉｎ，工作介质为含焦的循环 水。２００９年１月４日，高压水泵正常启动１０Ｓ 后，泵轴位移联锁自停，突然发生断裂。该水泵累 计运行５７６０ｈ，为分析失效原因，防止同类事故 重复发生，对断裂主轴进行了如下分析。 ｌ理化检验 对失效的高压水泵主轴样品进行了化学成分 分析、力学性能测试、金相组织分析、以及用扫描电镜对断口表面的微观形态观察，并对局部区域进行能谱分析，以深入了解水泵轴断裂的原因。１．１断口宏观观察 水泵轴断口宏观的形貌如图１所示，断裂发生在退刀槽处，断裂面垂直于泵轴的轴线。断面宏观形貌呈现疲劳断裂的特质。断口明显地分为３个区：疲劳裂纹的起源区、疲劳裂纹扩展区及瞬断区；疲劳扩展区与瞬断区之间的界限清晰；断口疲劳裂纹源区呈多台阶特征，清晰可见５个疲劳台阶，如图１中箭头所示；疲劳裂纹扩展区存在清晰的贝纹线，约占整个断口面积的２／３；贝纹线区域平滑，颜色较深；贝纹线间距和密集度不规则，说明泵轴工作过程承受不稳定的扭转载荷［１］；瞬断区断口清晰可见层叠状形貌，且存在黄色氧化物斑点；在疲劳台阶附近的源区外侧，退刀槽圆角半径过渡表面处密集分布着很多较小且较浅的点蚀坑。 ｉ．２微观观察 （１）断口微观观察 图１泵轴试样断口的宏观形貌 对断口样品的扫描电镜分析发现断口表面呈解理和准解理形貌特征，如图２，断口存在二次裂纹，如图３；裂纹扩张方向不一致，二次裂纹较多，表明材料具脆性特征［２１；瞬断区局部呈现层叠状形貌；疲劳台阶附近的退刀槽部位有许多大小、深度不等的点腐蚀坑，为疲劳裂纹源，如图４。 微观分析表明，退刀槽部位受介质腐蚀并形成点蚀坑，为疲劳裂纹起源提供基本条件。 （２）能谱分析 对金相表面的杂质进行Ｘ射线能谱分析，表明夹杂物主要由Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ等元素组成。该杂质应是钢在冶炼时形成。承受疲劳载荷的钢轴中若含有Ａ１２０３，ＣａＯ?Ａ１２０３?Ｓｉ０２，ＣａＯ? 收稿日期：２００９—０８—０５。 作者简介：马小明（１９６２一），男，甘肃天水人。１９８６年毕业于华南理工大学化机系化工机械专业，获硕士学位，主要从事设备安全检测与失效分析、液化天然气技术等方面的教学、科研等工作，已发表论文４０余篇．副教授。 Ｅｍａｉｌ：ｘｉｏｎｇｙｅ８７＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎ 万方数据
机械花键轴断裂原因分析 1.状态说明 （1）该失效件曾送交某研究院检测，最终检测结果为调质处理淬火裂纹。对热处理工艺进行排查，从工件来料装筐、设备使用前检查、热处理工艺的制订及实施、热处理后试样的检测，结果没有发现任何问题。 （2）我们对送检的样件重新检测，客户提供的裂纹样块为20mm×20mm×40mm，未见到失效件本体、断裂部位和断裂形式，工件实际服役状况也没详细了解。据客户介绍，工件的材质为42CrMo低合金调质钢，零件的工艺路线为：下料→锻造→粗加工→调质。 （3）将样件分成两块，经镶嵌、磨制、抛光、浸蚀，目测就可以看到，断口为凹凸不平的断面，断口边缘有一层非常明显的较深的白亮层，推测可能是脱碳层（见图1、图2）。 2.化学成分 在样块上线切割截取15mm×15mm×10mm（长×宽×厚）的试样，进行化学成分检测，检测设备为Labspark5000精密直读火花光谱仪，检查结果表明化学成分符合材料标准要求。化学成分的检查结果见附表。 3. 金相组织 （1）用1E-200M型金相显微镜进行金相组织观察，试样断口表面的白亮层，为细小等轴状铁素体。这种组织是较低奥氏体温度下，由原始锻造柱状晶组织重结晶细化形成的。该组织为锻造开裂后高温氧化脱碳，脱碳层组织经过奥氏体化重结晶的典型形貌特征（见图3）。 （2）断口处的二次裂纹两侧，被以铁素体组织为主的脱碳层完全包围，裂纹内充满浅灰色的高温氧化产物，说明二次裂纹仍然是在锻造加工过程中形成的（见图4）。
（3）主裂纹断口表面堆积大量的高温形成的氧化物，表明锻造加工时加热温度高，裂纹边缘氧化脱碳现象严重，其中全脱碳层较深，半脱碳层较浅（见图5）。裂纹的次表层镶嵌有较多量的氧化物夹杂，这是由于锻造加工时，裂纹内表层高温氧化形成的氧化皮，在锻轧焊合过程中嵌入到次表层而形成（见图6）。 （4）试样主裂纹断口处沿晶开裂，晶粒剥落坑极粗大，剥落坑的宽度显示出晶粒的直径。经测量晶粒的直径为0.40mm，对应晶粒度的级别达0级，属于严重的过热组织。锻造加热时局部区域加热温度过高，晶粒急剧长大，晶界宽化及晶间弱化，晶间结合力急剧降低。此时的锻造应力远大于晶间结合力，造成锻造热裂纹脆性开裂（见图7）。 （5）断口表面全脱碳层的铁素体组织，呈细小等轴状分布。该组织属于锻造开裂氧化脱碳后的重结晶组织。锻造开裂后裂纹内高温氧化脱碳，断口表层形成粗大柱状晶组织，调质处理过程的再加热，使柱状晶组织重新奥氏体化形核，转变为细小等轴状组织（见图8）。
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建筑施工现场钢管扣件安全管理规定 第一条（目的依据） 为了加强本市建筑施工钢管、扣件等构配件的规范管理，防范安全事故发生，保障人民群众生命财产安全，根据《建设工程安全生产管理条例》及相关技术标准，结合本市实际，制定本规定。 第二条（适用范围） 本规定适用于在本市行政区域内新建、扩建、改建、装饰装修的房屋建筑和市政基础设施（非交通类）工程施工项目。 第三条（管理部门） 上海市住房和城乡建设管理委员会（以下简称：市住房和城乡建设管理委）负责本市钢管扣件安全管理工作。上海市建设工程安全质量监督总站（以下简称：市安质监总站）负责日常监管具体实施工作。 区（县）建设行政管理部门负责其行政区域内钢管扣件的安全管理工作，区（县）建设工程安全质量监督机构具体负责日常监督工作。 上海市建筑五金门窗行业协会负责行业自律、配合监管部门，组织开展行业培训和诚信管理。
第四条（诚信管理） 本市建立钢管扣件电子诚信档案，记录钢管扣件供应、施工使用、监理和检测等单位的管理行为，以及钢管扣件产品检查、验收、检测、监督等信息。诚信信息将向社会公布。 鼓励企业对所提供的产品采用标识管理。鼓励企业实施防护、
模板、脚手架施工及其材料提供一体化。 第五条（信息管理） 本市建筑施工的钢管扣件实施信息系统辅助管理。钢管扣件供应、施工、使用、监理和检测等相关单位应将工地钢管、扣件管理的相关信息及时录入“建筑建材业钢管扣件监管信息系统”（以下简称：信息系统）。钢管、扣件管理系统操作规定由市安质监总站另行发文。 第六条（钢管标准）本市建筑工程中使用的钢管壁厚，采取分类管理，分区域推进的原则： 一、在建工程用于材料堆放分隔或防护栏杆的钢管壁厚应不小于； 二、在建工程用于施工现场模板等扣件式钢管支撑承重支架的钢 管壁厚应不小于，且应与方案计算参数一致；三、在建工程用于施工现场扣件式钢管脚手架的钢管壁厚应不小于；自发文之日起，内环线以内的工程按上述要求执行；内环至外环线以内的建设工程于 2016 年 9 月 30 日之后按上述要求执行；外环线以外建设工程可过渡到2016 年12 月31 日之后按上述要求执行。 第七条（施工单位职责）施工单位应履行以下主要职责： 一、 建立生产厂家、租赁单位合格供应商名录，并选用合
潞安职业技术学院毕业论文 齿轮的失效分析 作者：李再蕾 摘要：齿轮传动是目前最重要也是应用最广泛的一种传动形式。由于齿轮在传动过程 中受到各种因素导致齿轮失效，如轮齿折断、齿面疲劳点蚀、胶合、磨损、塑性变形等。 齿轮失效直接影响着机械效能的发挥，亟待解决，本文分析了机械传动齿轮的失效形式 及失效的原因，并列举了实例进行了实例分析。采用化学成分分析、金相检验、硬度测 试等方法，对断裂齿轮进行失效分析，结果表明，失效的齿轮硬度达不到要求、设计图 样和加工工艺不符、金相组织不符合要求、存在偏载和重载现象等，这些都是导致齿轮 失效的直接原因，本文对此提出了相应的解决措施，并指出了齿轮今后的发展方向。 关键词：齿轮失效分析原因措施 第 1 页
潞安职业技术学院毕业论文引言 机械产品的失效分析是一门新的跨学科的综合性技术，在一些国家中已将它作为一门新的独立学科加以研究和发展。这是因为尽管人们所掌握的机械设计、材料、工艺、管理等的知识不断地丰富与深化，所运用的技术手段不断地更新与完善，但机械产品的失效事故仍经常发生，一些重大的失效事件往往会导致生命和财产的巨大损失。所以必须系统地研究机件的失效类型、鉴别失效类型的技术、预测及监控失效的方法，改进与预防失效的措施等。这方面的知识不仅对专业失效分析工作者是不可缺少的，而且对于设计工程师、材料和工艺工程师以及生产管理人员，也是十分必要的。只有对产品一切可能的失效形式、其发生的条件、控制与预防等有深刻的理解，才可以在创造优质产品方面获得成功。这里主要研究的是齿轮的失效分析。 齿轮是机动车辆、农业、矿山、石油机械和机床等多种机械产品必不可少的基础零件，应用范围极广，需用量也大。齿轮在各种机械中要求可靠且精确地传递动力，应具有高的疲劳强度、耐磨性能和加工精度，因而要求较高的制造技术。 目前我国已具有相当大的齿轮生产能力，基本上已能够满足各类机械产品的要求，但在实际使用中普遍反映使用寿命较低。这主要是由于我国的齿轮制造技术与国际先进水平相比差距较大，在齿轮设计、用材、制造以及使用等方面都还存在不少问题。如果对这些问题不作系统的分析研究，找出问题所在，从而提出相应的改进措施，齿轮产品质量就难以得到提高。 通过齿轮的失效分析，可揭示齿轮的失效形式、失效原因、失效机理。通过失效分析可较准确地揭露齿轮在设计、材质、制造工艺、装配和使用等方面而存在的不足之处。将这些信息反馈到有关部门，有助于改进齿轮质量，延长齿轮的服役寿命。 1 齿轮的损伤和失效形式 在机械工程中，齿轮传动应用甚为广泛，并且往往处于极为重要的部位，因此齿轮的损伤和失效倍受人们的关注。齿轮的失效可分为轮体失效和轮齿失效两大类。由于轮体失效在一般情况下很少出现，因此齿轮的失效通常是指轮齿失效。所谓轮齿失效，就是齿轮在运转过程中，由于某种原因，使轮齿在尺寸、形状或材料性能上发生改变而不能正常完成规定的任务。齿轮在运转中，轮齿有多种损 第 2 页
20CrMnTiH 齿轮轴断裂原因分析 刘 健, 陈宏豫， 寇志贤, 李春玉 （承德建龙特殊钢有限公司技术处，河北 兴隆067201） 摘要：采取宏观形貌分析、化学成分分析、金相分析等手段对20CrMnTi 齿轮轴断裂 原因分析，结果表明，热处理后基体强度偏低和相对于承载能力而言工作应力较大是导致齿轮轴发生快速脆性断裂的主要原因。 关键词：齿轮轴、断裂分析、组织 20CrMnTiH Gear Axle Break Analysis of Causes LIUJian,CHENHongyu,KOUZhixin,LiChunyu (Chengde long special steel co., Ltd.Technical Department, Hebei Xinglong 067201) Abstract: In this article use macro-morphology analysis, chemical analysis, microstructure analysis by means of the gear shaft 20CrMnTi Failure Analysis ，Last show the matrix strength after heat treatment relative to the carrying capacity of low and work stress in terms of larger gear shaft leading to the main reason of rapid brittle fracture. Key words: Gear shaft Fracture Analysis Organization 某公司用20CrMnTiH 作为农用三轮车变速箱上的四轮曲轴齿轮主选材，安装该批齿轮轴的三轮车发生多起断轴现象，断轴时行使时间大约100小时。 齿轮轴加工工艺：圆钢（直径为φ45mm ）经冷剪下料 反射炉加热模锻 正火 机加工 渗碳淬火 180-200℃回火 喷砂 磨加工（花键外圆） 尺寸检验合格发货。设计齿轮轴渗碳硬化层厚度0.6-1.0mm,齿面硬度58-64HRC ，心部组织硬度33-40HRC 。 1试样的制备及试验方法 对发生断裂的齿轮轴线切割取样，宏观检测端口表面形状，进行力学性能、化学成分和金相组织分析，找出发生断裂的原因。 2试验结果分析 2.1断裂齿轮轴成分分析 化学成分见表1 表1 材料化学成分分析结果及标准规定对照（W/%） 由表1看出：断裂齿轮轴的化学成份符合GB/T5216-2004中对20CrMnTiH 钢的规范要求。 2.2断裂齿轮轴力学性能