某船用发动机活塞头开裂失效分析

为探索某船用发动机活塞头开裂失效的原因,应用扫描电子显微镜、能谱仪、光学显微镜、直读光谱分析仪、硬度仪对该断裂件进行了组织、硬度和化学成分等分析。研究结果表明,由于活塞头存在夹渣缺陷,当活塞头在工作过程中受到冲击力作用时,夹渣缺陷处萌生裂纹,成为疲劳源。疲劳裂纹在交变应力作用下逐步扩展,当疲劳裂纹贯穿整个活塞头底面后,活塞头开裂出现漏气、漏油,从而造成发动机停机故障。     

引风机轴断裂失效分析

该引风机轴断裂性质是疲劳断裂，造成断裂的主要原因是不恰当的补焊工艺。补焊时形成的裂纹是疲劳断裂的纹源。基体钢材晶粒粗大也是造成该轴早期断裂的原因。     

15Cr14Co12Mo5Ni2齿轮钢的扭转疲劳特性及裂纹扩展行为

 通过扭转疲劳试验,研究了15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳断裂的裂纹扩展行为和夹杂物尺寸与扭转疲劳寿命之间的关系。得到了钢的扭转疲劳极限强度和[τ-N]曲线,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳极限强度为350 MPa,扭转疲劳寿命分散度较大。通过断口观察,发现15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳破坏模式以表面破坏和近表面破坏为主,主要由氧化物夹杂引起。通过计算应力强度因子[ΔK]和裂纹扩展门槛值[ΔKth]分析15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳裂纹扩展的断裂力学条件,试验钢在断裂过程中受载荷情况为,II型载荷—I型载荷—II型载荷—I＋II型载荷,分别对应起裂源区、纤维区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区;当有大裂纹产生时,则不会产生纤维区,受载荷情况则为：II型载荷—I＋II型载荷。通过公式推导和数据拟合得到夹杂物尺寸和15Cr14Co12Mo5Ni2钢扭转疲劳寿命的关系,发现随着夹杂物尺寸减小,钢的[τ-N]曲线向高寿命区移动。当引起裂纹萌生的夹杂物尺寸小于5 μm时,在350 MPa应力下,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳寿命超过107循环周次。     

TC4钛合金脊柱螺钉失效分析

TC4钛合金脊柱螺钉在植入人体后,在低于其预期寿命时,发生断裂失效。为了避免该材料在今后使用过程中发生异常断裂事故,有必要分析这一断裂失效的原因,为改进材料的制备工艺提供必要的信息。为此本研究对这一生物材料断口作了扫描电镜观察及能谱分析,同时还作了化学成分分析与金相分析。结果发现断口处没有发生明显的塑性变形,且疲劳源、慢速和快速裂纹扩展区轮廓非常明显。认为该零件所用材料的冶金质量不是其失效原因,而疲劳断裂才是其真正的失效机制。     

粉末锻造Fe-2Cu-0.5C-0.11S材料的超声疲劳

采用粉末锻造工艺制备Fe-2Cu-0.5C-0.11S材料,对该材料进行超声疲劳试验,研究材料的超声疲劳行为,并对疲劳断口形貌进行观察与分析。结果表明,Fe-2Cu-0.5C-0.11S材料不存在无限疲劳寿命,只存在条件疲劳强度,在10~5,10~6,10~7,10~8周次下材料的疲劳强度分别为543.6,437.7,351.1和281.7 MPa,疲劳断口由裂纹源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区组成。裂纹源区内存在扇形分布的疲劳台阶和短小撕裂棱,在疲劳应力较大时主裂纹源位于材料表面,应力较小时主裂纹源位于材料内部;裂纹稳定扩展区内存在大量方向不规则的疲劳辉纹,疲劳辉纹的间隔随疲劳应力减小而减小;瞬断区整体较粗糙且不平整,内部存在大量韧窝。     

Ce对CSP36器件SnAgCu焊点可靠性影响研究

采用有限元法研究了CSP36器件Sn3.8Ag0.7Cu和Sn3.8Ag0.7Cu0.03Ce两种无铅焊点应力-应变响应,研究Ce对无铅焊点可靠性的影响.结果表明,在交变的温度载荷条件下,PCB板呈现明显的翘曲状态,最大应力集中在拐角焊点的上表面,该部位是焊点潜在的裂纹萌生源。SnAgCu焊点的应力-应变明显高于SnAgCuCe焊点,主要是因为第二相颗粒对基体组织位错的定扎的原因。焊点疲劳寿命预测发现CSP36器件SnAgCuCe焊点疲劳寿命明显高于SnAgCu焊点,证明了Ce显著提高CSP36器件SnAgCu焊点的疲劳寿命。     

激光金属沉积TA15钛合金工字梁疲劳性能研究

激光金属沉积（LMD）是一种应用广泛的金属增材制造技术,可以快速成形复杂的结构件。以TA15钛合金粉末为原材料,采用激光金属沉积技术成形了TA15工字梁缩比件,进行了LMD TA15钛合金工字梁试样的疲劳试验和失效分析,研究了LMD TA15钛合金材料和结构的疲劳性能。对4件试样在应力比为0.06,载荷峰值为80%静力破坏载荷的交变载荷下进行四点弯曲疲劳试验,受成形缺陷影响,试样出现混合失效模式：两件试样无明显缺陷,裂纹形态为受拉缘条角裂纹,两件试样为内部气孔缺陷诱发失效,裂纹形态为受拉缘条半椭圆裂纹。起裂位置与缺陷和应力水平有关,存在明显的差异。为阐明试样疲劳失效行为,进行了有限元分析,获得起裂位置的应力水平,分析了缺陷和应力水平对疲劳寿命的影响。结果表明,缺陷是影响试样疲劳性能的主导因素,缺陷降低疲劳寿命50%以上,对于无明显缺陷试样,试样的疲劳行为受到应力水平控制。     

混凝土泵车金属转盘失效原因分析

某混凝土泵车金属转盘断裂,通过宏观观察、成分分析、断口分析、金相分析、硬度检测和有限元分析,结果表明:混凝土泵车的固定转塔法兰和基座焊缝部位存在应力集中,焊趾部位产生微裂纹,微裂纹在交变载荷的作用下沿焊接部位不断扩展,最终导致泵车转盘发生疲劳断裂。     

核电站凝汽器用钛焊管蒸汽腐蚀疲劳性能研究

测定了国产和进口核电站凝汽器用钛焊管在室温大气和人工海水100℃水蒸汽介质中的疲劳性能,同时采用扫描电子显微镜对疲劳断口进行了观察,探讨了钛焊管的蒸汽腐蚀疲劳机理。研究结果表明:国产钛焊管与进口钛焊管的疲劳寿命较为接近,水蒸汽氛围大幅度降低了钛焊管的疲劳寿命;疲劳试样的裂纹均萌生于钛焊管焊缝区域的外表面,多为多源萌生,裂纹扩展均以条纹机理为主;断口处有少量二次裂纹,未发现沿晶断裂及周期解理断裂特征,静断区断口形貌为韧窝;从蒸汽腐蚀疲劳试样中,未能观察到明显的腐蚀产物;钛焊管的蒸汽疲劳腐蚀是交变应力和电化学腐蚀交互作用的结果。     

WC系钢结硬质合金断裂过程与断裂机制的研究

用金相显微镜观察了WC系钢结硬质合金在三点弯曲载荷作用下的一断裂过程。试验结果表明,在外加载荷作用下,裂纹茵先在WC相粗大粒子和碳化物偏集区WC相粒子界面及碳化物偏集区的孔隙处萌生;随着应变量增大,已开裂WC相粒子中的解理裂纹张开粗化,与此同时较小的WC相粒子发生开裂;裂纹沿WC相与WC相粒子界面扩展,并穿过WC相粒子间的钢基体相薄层,然后裂纹沿WC相或二次碳化物粒子与钢基体相交界面扩展并撕裂钢基体相,最终导致试样完全断裂。作者根据对断裂过程的观察和断裂试样断口的分析结罘,讨论了WC系钢结硬质合金断裂的微观机制,并提出了提高材料抗脆性断裂能力和防止早期破裂的途径。     

TC4-DT钛合金高周疲劳行为研究

对TC4-DT钛合金的高周疲劳性能及断口形貌进行了研究。结果表明：TC4-DT钛合金的S-Ⅳ曲线（应力比R=-1）不出现呈水平线的疲劳极限,10^7次不被破坏的条件疲劳极限为550MPa,置信度为95％;疲劳裂纹源均出现在试样的表面,疲劳裂纹扩展区较大说明材料具有较高的断裂韧度;疲劳裂纹扩展区由许多解理小刻面组成,解理面上可见疲劳条带及二次裂纹,以解理断裂为主;断裂区断口表面由许多互相连接的凹坑所组成,主要表现为韧窝断裂。     

一种单晶高温合金不同温度的高周疲劳性能

研究了一种单晶高温合金700 ℃和800 ℃的高周疲劳性能，采用扫描电镜和透射电镜分析了断口和断裂机制.结果表明，随着温度升高，合金的疲劳强度系数降低，Basquin系数增加，高周疲劳极限降低.合金700 ℃与800 ℃具有相同的高周疲劳断口，都有几个{111}面平面组成，为类解理断裂机制.疲劳断口由裂纹源区、扩展区和瞬断区3部分组成.裂纹起源于试样的表面或亚表面，并沿{111}面扩展.扩展区可见河流状花样、滑移带、疲劳弧线和疲劳条带特征.瞬断区可见解理台阶和撕裂棱.断裂后γ′相仍保持立方形状，位错不均匀分布在γ基体通道中.      

加载方式与初生α相对钛合金裂纹扩展行为的影响

利用带载荷台的扫描电镜原位观察了近α型钛合金TA15中初生α相在单向拉伸和循环交变载荷下裂纹的扩展行为,结果表明:单向拉伸时,由于初生α相强度高于基体β转变组织,裂纹遇到初生α相时一般不能穿过而是绕过;而在交变载荷下,由于基体β转变组织产生循环硬化,其强度水平与初生α相相当,裂纹遇到初生α相时可直接贯穿,并沿与应力垂直的水平方向扩展.     

重熔处理对火焰热喷涂Ni60A涂层件疲劳性能的影响

为了研究重熔处理对火焰热喷涂件疲劳性能的影响,本文应用火焰热喷涂技术在40Cr基体上制备出Ni60A自熔性粉末合金涂层,将热喷涂件经不同时间的火焰重熔处理后,应用疲劳试验机测试了喷涂试样及基体试样的弯扭疲劳寿命,分析了试样的宏观断口及极限应力。结果表明:重熔处理时间是影响热喷涂件疲劳寿命的关键因素之一。当重熔时间不足时,涂层表面缺陷为主要裂纹源,涂层与基体的结合力不强,极限应力随裂纹的萌生波动,裂纹在涂层中的扩展以微观第一阶段为主,断口大多为瞬断面,无疲劳辉纹,热喷涂件的疲劳寿命较短;当重熔时间过长时,涂层强度有所提高,但涂层中再次形成的缺陷为主要裂纹源,极限应力波动显著,裂纹在涂层中的扩展为微观第一阶段及第二阶段,断面有较明显的疲劳辉纹;当重熔时间合理时,缺陷对喷涂件疲劳寿命的影响减弱,构件疲劳寿命显著提高。     

吊钳杆臂断裂原因分析

1987年2月,鞍钢冷轧厂热处理车间2号吊钳在正常使用中突然发生杆臂断裂.通过钢的化学成分分析、宏观观察,金相检验、扫描电镜观察,断裂过程分析等,找出了断裂原因——由于没按图纸要求进行加工。圆弧处留下了尖角,在此处产生的三向复合应力的作用下,使吊钳杆臂发生了疲劳裂纹,并迅速扩展,最后导致断裂. 作者建议,机械加工部门今后再加工该件时,一定要严格按图纸要求进行,成品出产时应进行探伤检验.     

排气管挂钩失效分析

通过金相显微镜、扫描电镜和能谱等手段分析了某汽车排气管用挂钩疲劳断裂失效的原因。结果表明,排气管挂钩断裂位于焊接接头附近,腐蚀疲劳起源于挂钩表面的点蚀坑,点蚀由氯离子和吸氧腐蚀共同作用引起。排气管挂钩在使用过程中承受着交变应力的作用,裂纹由点蚀坑逐渐扩展直至穿透管壁。焊缝附近的断口处发现明显的疲劳辉纹、疲劳台阶、二次裂纹、晶间腐蚀以及一些腐蚀产物等,远离焊缝处只有典型的疲劳辉纹和光亮磨痕,整个疲劳断裂过程由腐蚀疲劳向机械疲劳逐渐转变,直至断裂。     

加载方式与初生a相对钛合金裂纹扩展行为的影响

利用带载荷台的扫描电镜原位观察了近a型钛合金TAl5中初生a相在单向拉伸和循环交变载荷下裂纹的扩展行为，结果表明：单向拉伸时，由于初生a相强度高于基体口转变组织，裂纹遇到初生a相时一般不能穿过而是绕过；而在交变载荷下，由于基体口转变组织产生循环硬化，其强度水平与初生a相相当，裂纹遇到初生a相时可直接贯穿，并沿与应力垂直的水平方向扩展。     

温压Fe-2Cu-0.5Mn-1C烧结材料超声疲劳研究

采用模壁润滑温压制备部分预合金Fe-2Cu-0.5Mn-1C烧结材料,设计材料的弯曲超声疲劳试样尺寸并研究对称弯曲超声疲劳行为,测试了材料在105~108周次下的疲劳性能。结果表明Fe-2Cu-0.5Mn-1C材料弯曲超声疲劳的条件疲劳极限存在,在106,107和108周次下相应的疲劳强度为402 MPa,331 MPa和273 MPa。疲劳裂纹一般在孔隙或夹杂物上萌生。超声疲劳断口的不同区域呈现出不同的特征。高疲劳应力时,裂纹源区位于靠近试样表面的孔隙或夹杂物处;低应力时,裂纹源区移动到材料亚表面或材料内部。裂纹扩展区出现了不规则分布的微观疲劳辉纹形貌,裂纹瞬断区中出现了解理面和韧窝等形貌。     

大型收尘风机滚动轴承故障诊断

滚动轴承是旋转机械的重要部件,轴承在长期的承载过程中,由于交变载荷的作用,接触表面易产生疲劳、裂纹、剥落,甚至造成元件断裂等故障,株洲冶炼厂通过多方法实践,选用了先进的振动,冲击脉冲简易诊断与精密分析相结合的方法,成功     

40Cr钢螺栓断裂失效原因分析

针对某厂水处理站服役4年便发生早期断裂失效的40Cr螺栓,采用化学成分分析、力学性能检测、扫描电镜以及光学显微镜等方法对其断裂原因进行了分析。结果表明,断裂起源于第二道螺纹根部,该处存在多道次焊接是引起疲劳断裂的诱因;轴的心部组织是珠光体+网状铁素体,属未经调质处理的原材料组织,其力学性能和疲劳强度不能满足使用要求;疲劳源处发现硬脆相马氏体组织,与轴在运转过程中不同心(偏心)产生交变应力的共同作用下使裂纹快速扩展直至断裂。