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韧性、脆性金属构件失效分析

作者:论文发表网 更新时间:2018-12-05 19:03:43
19.1K 1 前言 金属失效是目前发生安全事故的主要原因,失效的原因多种多样。对失效 构件进行失效分析,找到失效原因,可以防止事故的再次发生,进一步提高构件 的安全质量,增加社会、经济效益。采用金属构件失效分析方法对韧性材料 (Q235)、脆性材料(HT200)进行分析。收集失效构件,分析其失效过程,确定失 效的类型。通过观察断口纹理,对失效构件进行微观金相分析、理化特性分析, 查找出失效原因。 2 失效分析 2.1 试样收集 在实验室收集的灰铸铁(HT200)、低碳钢(Q235)的拉伸试棒如图1所示。 其中拉伸试棒有效长度为100mm,直径为20mm,标准件按GB228-2002加 工而成。 2.2 失效过程2.2.1 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,用来为断口位置做补偿。 2.2.2 安装试件 实验设备是液压万能材料试验机,型号WDW200D,将试件安装在上夹头 上后缓慢加载,观察测力指针转动的情况,检查试件是否夹牢,如有打滑则重新 安装。 2.2.3 实验 件缓慢均匀加载,观察测指针移动情况及拉伸过程中物理现象。对低碳钢 试件,当指针不动或倒退时,说明材料开始屈服,记录屈服载荷Fs。继续加载,直 至试件断裂后停机,由被动针读出最大载荷Fb。对铸铁试件,拉断后记下最大 载荷Fb。测得的拉伸曲线 如图2所示。 2.3 样件理化性能、断口特征 2.3.1理化特性 (1)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。 (2)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/%):≥25(a>16-40mm)其中 a 为钢直径。 2.3.2 断口特性 拉伸试棒金相组织及断口形态如图3所示。 3 分析讨论 从实验过程看出Q235拉伸试棒变形与载荷成正比,载荷增大到最大力Fb 时,试样明显变细,局部横截面积出现“颈缩”现象。HT200拉伸试棒没有屈服现 象,载荷增大到最大值Pb处突然断裂。 从金相组织及断口看出HT200拉伸试棒断口平坦、断面粗糙,解理面呈河 流状花样,看不到拉伸断口三个区域(纤维区、放射区、剪切唇区)。Q235拉伸试 棒断口呈暗灰色纤维状,断口分成两个区域:断口中心区内断裂面凹凸不平,呈 现出粗糙的锯齿状;.断口杯壁剪切区断裂面较为光滑,壁面沿着与轴线成45° 倾斜面断裂,呈杯壁的断裂面,晶粒变得更细。 4 结论 (1)脆性材料(HT200)断裂机制为典型的解理断裂,最大正应力是其断裂 原因。 (2)塑性材料(Q235)中心区不是发生剪切断裂而是发生脆性拉断,周边表 层沿最大剪切应力的45度斜面上剪断形成杯锥状断口。 (3)温度低于韧脆转变温度时,零件韧性降低、容易变脆,避免在超出工作 环境下进行工作。 (4)脆性材料不承受拉应力,在受较大拉应力的场合下,尽量避免使用脆性 材料。对重要零件经常检查,出现问题及时更换。 参考文献 [1] 廖景娱,刘正义.金属构件失效分析.化学工业出版社,2003. [2] 刘鸿文. 材料力学.高等教育出版社,2010. 韧性、脆性金属构件失效分析
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