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♦材料为镍基高温合金，为什么？♦服役环境的要素有哪些？♦有可能发生的失效类型是什么？♦如何设计实验确定失效的类型？♦改进的建议和措施一．涡轮叶片的材料涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键。
所以对涡轮叶片材料就有更高的要求。
涡轮叶片的材料一般选择镍基高温合金。
镍基合金就是以镍为基础，加入其他的金属，比如钨、钴、钛、铁等金属，做成以镍为基础的合金。
有的镍基高温合金含镍量达到70殊右，其次Cr含量也比较高。
其性能主要有：1. 物理性能。
具有较高的熔点和弹性模量；各温度下均有较低的热膨胀系数，且随温度变化不大；没有磁性。
2. 耐腐蚀性。
镍基合金由于含Cr,在氧化性的腐蚀环境中的耐腐蚀性优于纯镍。
同时，由于Ni含量高，在还原性腐蚀环境下也能维持良好的耐腐蚀性能。
还具有良好的耐应力腐蚀开裂性能，也能抵抗氨气和渗氮、渗碳气氛。
3. 机械性能。
镍基高温合金在零下、室温及高温时都具有很好的机械性能。
4. 高温特性。
高温下耐氧化性极佳，对氮、氢以及渗碳也具有极佳的耐受性。
5. 热处理及加工、焊接性。
高温镍基合金不能通过热处理进行失效硬化，但可以进行固溶热处理和退火处理等。
高温镍基合金比较容易进行热加工，冷加工性能比奥氏体不锈钢好。
焊接性能与标准奥氏体钢一样，可采用TIG焊接、MIG旱接以及手工电弧焊。
总的来说，镍基合金具有优良的热强热硬性能、热稳定性能及热疲劳性能，可以承受复杂应力，组织稳定，有害相少，高温时抗氧化热腐蚀性好，蠕变特性出色，能够在相当苛刻的高温环境下进行服役。
所以涡轮叶片的材料选择高温镍基合金。
二. 涡轮叶片的服役环境涡轮处于燃烧室后面的一个高温部件，而涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，即涡轮叶片的服役环境特别的复杂与恶劣。
总得来说，涡轮叶片服役环境的要素主要有：1. 不均匀的高温条件下工作。
煤矿液压支架立柱、千斤顶失效分析及解决方案摘要：液压支架是综采工作面的主要设备之一，占综采工作面设备总投资的60%至70 %。
国内基础制造业与国际先进水平之间存在一定的差距，导致国内液压支架可靠性差、基本部件和焊接断裂、立柱和千斤顶渗漏、渗漏、变形、断裂等，设备维护率高，维护成本高，对正常工作面生产的影响大。
根据液压支架立柱和千斤顶在煤炭作业中的重要性，为了提高液压支架立柱和千斤顶在生产作业中的效率，通过分析损坏或可能的立柱和千斤顶性能差等问题，研究了每台立柱和千斤顶效率下降的原因。
关键词：液压支架；立柱、千斤顶；失效形式；原因分析；对策前言煤炭的采金期为10年，真空期为5年，煤炭机械市场从大规模采购转向持续的维修升级，设备的改造和维修已成为现阶段的主要维修手段。
为了确保自己的煤炭销售优势，尺寸和修理随着市场变化，压缩周期继续进行。
煤机设备的维修周期和质量有一定的影响。
如何有效修复井下支架使用过程中出现的所有问题，提高井下支架使用稳定性，减少设备维护滞后，降低设备故障率等。
这是目前所有公司都要研究的课题。
一、立柱、千斤顶概述立柱是液压支架支撑功能的重要结构。
柱可根据延伸阶段分为三类:三重延伸(很少使用)、双重延伸和简单延伸(延伸杆)。
其中，双柱伸缩立柱由以下部件组成:内主动柱为二级缸体，外主动柱为一级缸体、导向套和活塞等。
简单的伸缩柱可以分为机械伸缩柱和非机械伸缩柱。
具体来说，单个伸缩柱的主要结构是缸体、活塞、连接器和密封性。
每个千斤顶可根据不同的结构分为柱塞和柱塞，在液压支架工作时起调节、保护、推力或输送机的作用。
齿轮结构包括缸体-缸体、活塞、活塞杆、导向套、支承环、密封件等。
液压立柱和千斤顶的工作支架是装有3%至5 %乳化油的水袋油的模拟。
泵站提供的高压液体通过液压管路、控制阀组、液压控制阀等进入液压缸(活塞室)底部腔内，推动活塞驱动活塞杆运动。
同时，活塞杆腔内的液体通过液压控制阀和控制阀进入回流液体系统，实现液压缸的动作。
机械零件失效分析机械零件是构成机械设备的基本组成部分，其质量和性能的好坏直接关系到整个机械设备的可靠性和安全性。
然而，在机械设备的长期运行中，由于各种原因，机械零件可能会出现失效现象。
失效分析是一种通过分析失败机械零件的失效原因来帮助我们改进设计、制造和维修策略的方法。
一、失效类型机械零件的失效类型多种多样，常见的包括疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效等。
疲劳失效是指材料在交变载荷作用下的长期疲劳过程中逐渐出现的损伤。
磨损失效是指机械零件在运行过程中由于与其他零件或外界环境的摩擦而造成的表面磨损。
腐蚀失效是指机械零件由于环境中的化学腐蚀而失效。
断裂失效是指机械零件由于超过其承载能力而发生断裂。
二、失效原因机械零件失效的原因也是多种多样的，常见的有材料问题、设计问题、制造问题、装配问题、使用问题等。
材料问题是指机械零件材料的质量或性能不达标，如含气体、夹杂物、晶粒非均匀等。
设计问题是指机械零件在设计过程中存在结构强度不足、刚度不够的问题。
制造问题是指机械零件在加工过程中存在加工质量不合格、工艺控制不严等问题。
装配问题是指机械零件在装配过程中存在装配不当、配合间隙设计不合理等问题。
使用问题是指机械零件在使用过程中存在操作不当、润滑不足等问题。
三、失效分析方法失效分析是通过分析失效零件的失效样品、现场情况以及相关维修记录来查找失效原因。
常用的失效分析方法包括物理分析、化学分析、力学分析、金相分析等。
物理分析是通过观察失效零件的外部形态和内部结构来判断失效形式。
化学分析是通过对失效零件进行化学成分分析以及腐蚀产物分析来判断失效原因。
力学分析是通过对失效零件进行力学性能测试以及有限元分析等方法来判断失效原因。
金相分析是通过对失效零件进行金相组织观察以及晶体学分析等方法来判断失效原因。
四、失效分析结果的应用失效分析的最终目的是为了指导我们改进机械零件的设计、制造和维修策略，提高机械设备的可靠性和安全性。
20CrNi3液压凿岩机钎尾断裂失效分析
郭建飞;陈保磊;周忠尚;赵艳;康学勤
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2024(45)3
【摘要】液压凿岩机用20CrNi3钎尾在凿岩300 m后发生断裂。
通过化学成分分析、断口形貌与金相组织观察和力学性能测试,对20CrNi3钎尾断裂原因进行分析。
结果表明,钎尾的化学成分、冲击性能、硬度和硬化层厚度均满足技术要求。
钎尾断口为宏观脆性疲劳断口,断裂的主要原因是零件渗碳后淬火温度过高,导致渗碳层中残余奥氏体含量较高,加工和使用过程中进一步发生马氏体转变,存在较大的残余应力和相变不稳定性。
20CrNi3钎尾抗疲劳性能降低,在使用过程中出现疲劳断裂。
通过降低淬火温度或增加深冷处理,减少渗碳层残余奥氏体含量,有利于改善20CrNi3钎尾抗疲劳性能;另外,为保证产品质量,可以编制20CrNi3钎尾显微组织验收标准。
【总页数】4页(P50-53)
【作者】郭建飞;陈保磊;周忠尚;赵艳;康学勤
【作者单位】徐州徐工基础工程机械有限公司;中国矿业大学材料与物理学院【正文语种】中文
【中图分类】TG162.7
【相关文献】
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4.YGZ90型凿岩机钎尾套失效分析及工艺改进
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工程材料与结构的失效及失效分析工程材料与结构的失效及失效分析工程材料与结构的失效是指工程材料和结构在长时间使用、经历负载后发生破坏或不能令人满意地完成固有功能的现象。
这种破坏或失效可能会对人们的生命和财产安全造成威胁，因此对其进行有关的失效分析是非常必要的。
本文将对工程材料与结构的失效及失效分析进行探讨。
一、失效的分类失效可以分为不同类型，下面介绍几种常见的失效类型。
1. 疲劳失效疲劳失效是指在材料或结构的交替载荷下，由于应力集中、腐蚀、裂纹等因素，导致材料或结构发生变形、破裂或脆化等破坏形态。
2. 弹性失效在材料或结构的载荷作用下，应力超过弹性极限时，就会进入到塑性区，此时材料或结构呈现出不可逆的形变和变形，进而导致弹性失效。
3. 表面失效材料或结构的表面处理不当，或表面的损坏与磨损会导致表面失效，表现为表面的开裂、剥落、疲劳等。
4. 互穿失效当机械设备由多个部件组成时，各个部件之间的加工量和质量会影响最终的整体性能。
互穿累加就是在各个部件的相互影响下，加商所得的其整体性能的一种方法。
二、失效与失效分析材料与结构的失效是一个长期逐渐积累的过程。
在某一特定点下，材料或结构可能会突然发生破坏，但其实在此之前已经有一系列的现象在系统内发生。
因此，失效分析是极其困难和复杂的，它需要综合考虑多种因素，正确认识失效后的破坏机理和它们的组合作用。
失效分析可以帮助确定导致失效的原因和机理，并提出相应的对策进行预防和纠正。
下面介绍几种常见的失效分析方法。
1. 图像学分析图像学分析是通过微观结构的观察来研究材料的失效过程。
图像学分析方法包括电子显微镜、X射线衍射、化学分析等。
2. 材料力学分析材料力学分析是在材料强度理论的基础上，结合材料性质和材料结构进行的失效分析方法。
根据失效机理，计算材料或结构的强度、应变、应力等参数，并分析材料的破坏。
3. 材料化学分析材料化学分析是通过化学分析和测试，了解材料在不同环境下所作用的环境因素产生的化学作用，分析材料的化学性质、结构和表面处理的原因。
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。
超硬材料六面顶液压机铰链梁断裂失效分析农建中;谢正松;吴一;胡毅胜【摘要】通过对超硬材料六面顶液压机铰链梁断口表面进行宏观观察,材料化学分析,力学性能测试,断口扫描电镜观察,能谱分析和显微组织分析,找出了铰链梁的断裂失效原因.综合理化数据分析研究得出结论,超硬材料六面顶液压机铰链梁铸件中的氧化物和硫化物严重夹杂是产生断裂的主要原因,铸件中的缩松、成分偏析、也加速了疲劳和裂纹的扩展,最终使铰链梁断裂.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2011(023)006【总页数】5页(P5-9)【关键词】六面顸液压机;铰链梁;氧化物、硫化物夹杂;断裂失效分析【作者】农建中;谢正松;吴一;胡毅胜【作者单位】桂林桂冶实业有限公司,广西桂林541001;桂林桂冶实业有限公司,广西桂林541001;桂林理工大学,广西桂林541004;桂林桂冶实业有限公司,广西桂林541001【正文语种】中文【中图分类】TQ1641 前言金刚石是自然界已发现的具有最高的硬度、强度、耐磨性材料，金刚石具有的热导率、透过波段、声速以及半导体特性和化学惰性等综合性能使其成为当今世界上最优秀的全方位材料［1］。
它广泛应用于航天航空、船舶、加工业、建材业、汽车、国防等领域，是军事和某些尖端技术的关键材料。
但由于天然金刚石数量有限，必须进行人工合成方成满足需要。
超硬材料六面顶液压机就是生产人造金刚石的设备之一。
目前世界上用于金刚石生产的静态超高压高温设备有三种类型：一种是以西方工业发达国家为代表的年轮式两面顶压机，二是中国的铰链式六面顶压机，三是俄罗斯、乌克兰的双面凹砧型压机［2］。
这三种不同类型的压机各有特点，从使用实际效果看，目前我国拥有自主知识产权的铰链式六面顶压机已成当今的主流，这是我国科学家和工程技术人员经过几十年奋斗得到的成果。
现在全世界金刚石的年产量为9.0×109克拉左右。
有超过95%以上的金刚石是用中国产的铰链式六面顶液压机生产出来的。
可见，铰链式六面顶液压机在世界超硬材料行业中已经显示出非常突出的地位。
超硬材料六面顶液压机最重要的部件是铰链梁，它一直是许多科研人员和工程技术人员的研究对象，对其性能展开研究特别对铰链梁的断裂失效进行分析具有重要的意义。
某型号超硬材料六面顶液压机，工作压力是90MPa左右，运行半年后，发生铰链梁耳朵断裂。
铰链梁的材质为ZG35NiCr Mo，耳朵厚度为152mm，铸造而成。
为查明铰链梁耳朵开裂原因，在耳朵残件壁厚上取样进行检验分析。
开裂位置如图1所示。
2 理化检验2.1 断口分析图1 铰链梁耳朵开裂断口的宏观形貌照片Fig.1 Macrograph of the fracture in the ear of hinge beam图1显示断口断面粗糙，无明显塑性变形特征，属脆性断口，从断口心部向外边缘有放射性条纹。
图2 铰链梁耳朵开裂断口的微观形貌照片Fig.2 Micro－morphology of the fracture in the ear of hinge beam图2可以看出，断口形貌为裂纹扩展区的微观形貌。
图3 铰链梁耳朵开裂断口区域铸造缺陷微观形貌照片Fig.3 Micro－morphology of casting defects in the fracture zone of the ear of hinge beam图3中可见该区域断面上密集分布着许多缩松类铸造缺陷，缺陷放大后为枝晶形貌。
2.2 化学成分分析在断裂铰链梁的耳朵上取样进行化学成分分析，结果见表1，可见各元素含量均满足JB／T5000.6－2007标准对ZG35NiCr Mo的技术要求。
表1 断裂铰链梁耳朵的化学成分（质量分数）%Table 1 Chemical constituents of the ear from the hinge beam（mass）%条件C Si Mn S p Cr Ni Mo测试值0.32 0.65 0.75 0.024 0.020 0.57 0.64 0.42标准值0.30～0.37 0.60～0.90 0.70～1.10≤0.035≤0.035 0.40～0.90 0.60～0.90 0.40～0.502.3 力学性能测试在断裂铰链梁部位用线切割取样加工成标准试棒后进行拉伸，试样按耳朵厚度分别取外（1＃）、内（2＃）、外（3＃）三件试样，冲击试样按与耳朵中心线平行方向任取4件试样，分别是1＃、2＃、3＃、4＃，测试结果见表2、表3，可见其塑性指标断后伸长率及断面收缩率均不符合TB／T5000.6－2007对ZG35NiCr Mo的技术要求，韧性指标也很低。
表2 断裂铰链梁耳朵试样的力学性能Table 2 Mechanical properties of the test samples from the cracked hinge beam试样取样方向备注1＃（外）垂直σb σs ψδ5（MPa）（MPa）（%）（%）硬度值（HRC）820 735 15 8 27 2＃（内）垂直770 670 13 7 27 3＃（外）垂直820 730 15 8 28.5标准值≥830≥660≥30≥14－表3 断裂铰链梁耳朵试样冲击试验测试结果Table 3 Impact test results of the samples from the cracked hinge beam2.4 能谱分析图4显示铰链梁断裂试样中硫含量高达6.82%，它会和钢中的铁元素结合，形成低熔点的FeS，在冷却过程中向铸件内部偏聚，易导致中间裂纹产生。
同时发现有较多的杂质，主要元素为钙、硫、镁、铝及大量的氧化物和硫化物。
图5中发现Cr高达1.85%，存在成分偏析的原因是由于脱氧产物去除不充分而遗留在钢液中，尤其是冶炼中产生的夹杂物，特别是Cr2 O3和AlO3夹杂，它们熔点很高，硬度大，在形成大尺寸夹杂物后，极易产生裂纹。
图4 铰链梁断裂试样能谱分析照片及数据Fig.4 EDS results of the sample from the cracked hinge beam图5 铰链梁断裂试样成分偏析能谱分析照片及数据Fig.5 EDS results of the sample component segregation from the cracked hinge beam2.5 显微组织分析垂直于铰链梁耳朵断面处用线切割取样并磨制纵向金相试样4件，分别为1＃、2＃、3＃、4＃，用4%硝酸酒精腐蚀，并在100倍视场条件下观察其显微组织。
图6 铰链梁断裂试样硫化物氧化物夹杂扩展显微组织照片Fig.6 The micro graph of sulfide and oxide inclusions in the sample from the cracked hinge beam 表4 试样夹杂物检测统计结果Table 4 Results of inclusions detection?表5 各个试样显微组织检测结果Table 5 Results of metallographic analysis试样编号表面缺陷显微组织显微硬度（HRC）试样编号表面缺陷显微组织显微硬度（HRC）1＃未见裂纹回火索氏体＋铁素体21 3＃见网状裂纹回火索氏体＋铁素体20 2＃未见裂纹回火索氏体＋铁素体22 4＃见网状裂纹回火索氏体＋铁素体20图7 铰链梁断裂试样热处理显微组织（回火索氏体＋铁素体）照片Fig.7 The micrograph of the sample from cracked hinge beam after heat treatment （tempered sorbite and ferrite）3 综合分析由以上理化检验结果可知，铰链梁化学成分符合标准要求，但从断口发现存在严重的缩松和大量的氧化物和硫化物夹杂。
缩松是铸造凝固过程中，由于溶液补缩不充分而形成的微区缺陷。
铸件中任何位置有缩孔或缩松的存在，一方面会使铸件有效承载面积减小，另一方面易在缩松部位产生应力集中，使铸件的力学性质显著降低，从而导致裂纹的出现［3］。
由能谱分析可知，杂质主要元素为钙、硫、镁、铝及大量的氧化物和硫化物。
当这些夹杂物基体的界面性质一定时，铁素体在夹杂物上形核，形成的夹杂物附着在铁素体上，由于铁素体的强度很低，所以易产生裂纹［4］。
晶界处硫化物和氧化物的存在，严重割裂了基体的连续性，也会大大降低铸件的力学性质，为裂纹形成提供条件。
从显微组织检验结果可以看出，由各个试样的热处理工艺可知，经回火后的铸件正常，显微组织为回火索氏体＋铁素体。
但各个试样中的夹杂物主要为硫化物和氧化物，这表明炼钢过程对其控制得不好，硫化物夹杂呈链状分布，易产生晶间脆性，导致裂纹产生，裂纹都是沿着晶界处硫化物和氧化物形核的方向扩展，逐渐断裂。
从力学性能试验已经得以证明，硫化物和氧化物夹杂对铰链梁的材料塑性、韧性指标影响非常大，导致塑性、韧性指标都达不到标准要求。
4 结论铰链梁耳朵断裂是由于裂纹的产生，而铸件存在大量的氧化物和硫化物夹杂是裂纹产生的主要原因，铸造缩松和成分偏析也促进了铰链梁断裂的发生。
（1）虽然钢水成分硫含量检验合格，但由于形成低熔点FeS会向铸件中心偏聚，导致铸件心部FeS含量过高而导致裂纹的产生。
（2）铸件中的脱氧产物含量多，增加了其聚集长大的几率，易形成大型夹杂物而导致裂纹的产生。
（3）改进冶炼、正火工艺，使铸造缺陷及缺陷组织得到消除。
（4）可考虑适当增加Mo元素的用量，或者采用在A1－A3临界区亚温淬火的方法以减少高温回火脆性［5］倾向，防止裂纹产生。
参考文献：［1］王享瑞，雷王民，玄真武，何敬晖，董长顺.论化学气相沉积（CVD）金刚石技术最新发展［J］.超硬材料工程，2010（1）：22－27.［2］王先祖，王芸.浅析21世纪是中国金刚石世纪［J］.超硬材料工程，2010（1）：31－33.［3］燕样样.蜗轮的失效分析［J］.热加工工艺，2008，37（9）：91，103. ［4］赵建床，铸铁铸钢及其熔炼［M］.北京：机械工业出版社，2007.［5］咸阳机械制造学院.钢的热处理［M］.北京：机械工业出版社，1979.。
