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。

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。

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。

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。