TC17合金超高周疲劳裂纹萌生机理

通过实验研究了2种频率(110 Hz和20 k Hz)循环载荷作用下航空发动机叶片材料TC17合金的超高周疲劳失效行为,分析了不同失效形式下的裂纹萌生机理。结果表明,TC17合金在2种实验载荷频率下均存在表面和内部萌生裂纹诱发疲劳失效2种失效形式,表面萌生裂纹诱发的疲劳失效主要是由加工缺陷和循环载荷作用下试样表面滑移处应力集中引起的横向裂纹所致,内部萌生裂纹诱发的疲劳失效是由循环载荷作用下材料初生α相的滑移断裂所致。失效机理的不同使得材料的应力-疲劳寿命(S-N)曲线呈双线性,载荷频率对TC17合金的裂纹萌生形式和萌生机理的影响不显著。建立了基于薄弱取向晶粒区域尺寸的疲劳强度预测模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

风机毂盘裂纹原因分析

风机毂盘的质量直接关系到电站风机运行的安全,其出现裂纹将造成电厂停产。通过断口宏观和微观形貌观察、内部组织观察、化学成分分析、硬度和力学性能测试,分析了风机轮毂在使用过程中断裂失效的原因。结果表明:毂盘表面裂纹存在两种形式;近表面裂纹内部存在脱碳现象,该裂纹产生于锻造过程,后期的调质处理加剧了脱碳的深度;贯穿性裂纹为疲劳裂纹,起裂于毂盘表面。     

某发动机波纹管组件裂纹原因分析

某防冰空气管组件中的波纹管在服役过程中存在沿波纹底部侧壁横向分布的裂纹。采用宏观、微观观察、能谱分析、硬度测试、成分分析以及防冰空气管组件结构力学有限元分析,探讨了波纹管裂纹产生的原因。结果表明:裂纹为发动机工作过程中产生的疲劳裂纹;裂纹起源于波纹管焊缝区域外表面,并在波纹管内表面萌生生长;发现波纹管组件卡箍失效和波纹变形是导致靠近进气口第2～3个波谷与侧壁连接部位形成应力集中,最终导致开裂。     

JB46-400大型双点压力机中曲轴断裂失效分析

通过断口形貌分析、成分分析、金相分析、断口硬度分析、应力分析等方法对曲轴断裂失效原因进行分析.结果表明,曲轴中频感应淬火后未能及时回火,表面残余应力较大,在工况条件下表面产生微裂纹;同时曲轴轴肩根部产生应力集中,诱发裂纹进一步扩展,导致曲轴最终疲劳断裂.另外调质处理效果较差、曲轴芯部铁素体含量较多、整体强度不足也是造成曲轴疲劳断裂失效的原因之一.     

35CrMoA抽油杆失效原因分析

通过宏观和微观观察、化学成分和力学性能检测、显微组织和断口形貌分析,对35CrMoA抽油杆失效原因进行分析。结果表明:35CrMoA抽油杆的失效模式为典型的疲劳断裂,断裂源位于抽油杆表面腐蚀坑处,断裂的主要原因是多种腐蚀形式综合作用。断口裂纹源处有环状氧化物类和少量硫化物类夹杂物;显微组织主要为回火索氏体+铁素体,还有少量的魏氏组织;腐蚀坑和疏松缺陷易于产生疲劳裂纹,裂纹沿硫化物及带状组织扩展,最终导致疲劳失效。     

G105钻杆刺穿原因分析

某油井G105钻杆在使用过程中发生刺穿失效。通过宏观分析、化学成分分析、力学性能分析、金相分析、扫描电镜分析及腐蚀产物XRD分析的方法对该钻杆的刺穿原因进行分析。结果表明:该钻杆的失效原因是钻杆内表面发生氧腐蚀形成腐蚀坑;钻杆加厚过渡区存在截面变化而产生应力集中,加之腐蚀坑底部的应力集中,在腐蚀坑底部萌生疲劳裂纹并贯穿壁厚,管内高压钻井液沿贯穿裂纹由内向外刺出而失效。     

涡轮盘榫槽裂纹失效分析及喷丸强化改进

对航空发动机涡轮盘服役后产生的榫槽裂纹进行失效分析,并通过喷丸强化改进。通过断口分析对故障涡轮盘进行失效原因确定;针对该种材料(GH2132)开展喷丸强化工艺试验,并在表面残余压应力、高温疲劳寿命及断口和显微组织等方面进行分析。结果表明故障涡轮盘属于疲劳断裂,疲劳裂纹并不是材料本身原因引起的,而是与应力集中和加工过程有关;实施表面喷丸强化工艺后,形成很高的表面残余压应力,高温疲劳寿命较喷丸前提高1～2个数量级,断口分析显示为单一疲劳源,显微组织显示晶粒明显细化。即涡轮盘榫槽裂纹为表面加工缺陷引起的疲劳断裂;喷丸强化则能够提高其高温疲劳强度极限,而喷丸强化层内的残余压应力和精细的亚晶粒是提高疲劳强度的主要因素。     

发动机压气机转子叶片裂纹分析

对发动机压气机转子叶片试验件裂纹进行失效分析。通过对故障叶片进行外观检查、断口分析、表面形貌检查、截面金相检查、材质分析及断口区域成分分析,并对叶片振动应力分布进行计算,确定叶片裂纹性质和产生原因。结果表明:故障压气机转子叶片裂纹为高周疲劳性质,导致叶片过早出现疲劳裂纹的主要原因是叶身表面振动应力最大区域抛光、喷丸效果差,存在原始机械加工痕迹;最后提出避免叶身表面残留原始机械加工痕迹的改进建议。     

35CrMoA抽油杆扳手方失效研究

通过宏观观察、理化性能检测、显微组织和断口形貌分析,对35CrMoA抽油杆扳手方失效原因进行了分析。结果表明:抽油杆扳手方的失效形式为典型的腐蚀疲劳断裂,疲劳源位于抽油杆表面腐蚀坑处。腐蚀产物中除含有大量Fe的氧化物外,还有较多的硫化物和各种盐类物质;抽油杆扳手方的显微组织主要为回火索氏体+铁素体。腐蚀坑易于产生疲劳裂纹,裂纹沿硫化物及带状组织扩展,最终导致腐蚀疲劳失效。最后,提出了减少同类抽油杆断裂失效发生的措施。     

40钢球头挂环的断裂失效分析

输电线路球头挂环在使用过程中发生断裂。通过宏观断口特征、微观断口、化学成分、力学性能和显微组织等对球头挂环进行了断裂原因分析。结果表明,球头挂环在双向循环弯曲载荷作用下发生多源疲劳断裂,疲劳源位于球头挂环两侧次表层,裂纹沿径向由次表层向心部扩展,最后瞬断区位于心部;球头挂环次表层的基材表面尺寸不等的显微凹坑(10～30μm)和硬度较低(184 HV0.05)的脱碳层的存在,使得球头挂环在根部的显微凹坑底部的最大应力集中处萌生裂纹,这是造成球头挂环断裂失效的重要原因。在球头挂环加工以及后续热处理过程中,避免基材表面产生显微凹坑缺陷和防止表面发生脱碳,是减少球头挂环发生疲劳断裂失效的有效措施。     

高温轴承钢滚珠早期失效原因分析

轴承在运行159 min时出现异常,拆解后检查发现1粒滚珠表面存在裂纹,内圈、外圈等处未见明显异常。通过对滚珠外观进行观察,对裂纹断口进行宏微观观察、能谱分析、材料显微组织、硬度等进行检测分析,确定了失效性质,并对其失效原因进行了分析。结果表明:故障滚珠失效性质为疲劳开裂;原材料铸造孔洞缺陷在后续加工过程中被拉长、压扁而保存下来,并以微裂纹形式存在于钢材内部成为疲劳源,最终导致了疲劳失效,该孔洞缺陷是在电渣熔炼过程中形成且后续未被切除干净的残余缩孔。     

PCD和CVD金刚石刀具切削性能对比及失效机理初探

通过切削实验,观察切削前后刀具的表面和刃口形貌、金刚石刀片组成成分、以及被加工工件表面粗糙度,比较两种刀具的切削性能,探讨其失效机理。结果表明:在同等条件下,CVD金刚石刀具的切削性能要明显优于PCD刀具。在车削过程中,PCD刀具的失效机理主要是结合剂与被加工材料中化学成分发生化学反应使结合剂流失,导致刀具结构疏松,从而导致磨粒团脱落。CVD刀具的失效机理为产生变质层磨损。切削过程中随着加工时间的进一步延长,切削区温度不断升高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成变质层,从而带来切削过程中刀具的磨损;同时高温状态下CVD金刚石的晶界疲劳破坏,也可能会造成CVD金刚石刀具的磨损失效。     

含表面缺陷扭力轴的断裂失效分析

通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪对某型履带车辆含表面缺陷扭力轴的正断型断口进行了失效分析,结果表明,扭力轴的断裂属于早期低周疲劳断裂,裂纹起源于扭力轴表面的微损伤,冶金过程中产生的微观孔洞和夹杂聚集于扭力轴表面及次表面影响了裂纹的扩展方向并形成了特殊的微观特征。在此基础上,分析了表面缺陷使疲劳寿命降低的原因,对扭力轴的生产、使用和维修提出了建议。     

高频电阻焊管运输疲劳失效分析

利用化学成分分析、力学性能检测、压扁试验、宏观及微观分析等方法对输送管道施工现场发现的其中两根323.9 mm×6.4 mm HFW API 5L L360/X52高频电阻焊管纵向开裂的原因进行了分析。结果表明,高频电阻焊管管体上纵向裂纹属于运输疲劳裂纹,管体表面折叠、塑性损伤及运输过程中附加的周期应力等是高频电阻焊管产生疲劳失效的主要原因。     

钢丝绳开裂原因分析

飞机座舱钢丝绳在外场使用过程中发生断裂。该钢丝绳在飞机舱盖开启和关闭时起辅助拉舱盖作用,正常情况下钢丝绳承受拉应力,在飞行过程中会受到振动载荷作用。对钢丝绳外观进行观察;对钢丝绳断口进行宏微观观察、能谱分析;对钢丝绳进行金相组织检查、硬度检测,结果表明:钢丝绳的失效性质为疲劳断裂与过载断裂;钢丝绳的失效原因主要为受载相对较大;钢丝绳表面润滑不足及磨损会对疲劳裂纹的萌生产生促进作用。     

热轧辊轴承失效分析

通过对热轧辊轴承失效件的化学成分，金相组织，夹杂物观察，表层碳浓度和表面硬度测量，剥落块显微形貌分析，结果表明轴承工作面产生早期失效的原因是：较大尺寸的夹杂物在切应力的作用下萌生微型纹成为疲劳源，疲劳裂纹倾斜扩展至表面从而导致轴承圈工作面产生剥落损伤。     

陶瓷刀具断续车削淬硬钢失效形态研究

采用Al_2O_3/Ti(C,N)陶瓷刀具进行淬硬钢的断续车削正交试验,对不同切削速度下刀具的失效形态进行了对比。结果表明,低速时,刀具的失效形态主要是崩刃和前刀面剥落,疲劳破损影响较小。随着切削速度的增加,疲劳破损对刀具的影响逐渐增大。高速时,疲劳裂纹扩展引起的破损成为刀具主要失效形式。在不同切削速度下,刀具内部的应力水平不同,导致裂纹扩展速率及裂纹方向有所差异,疲劳特征则表现出不同形式。低速时疲劳特征表现为疲劳条带,而高速时的疲劳特征通常为疲劳弧线。     

高速列车制动装置中气室压铸件ADC1疲劳失效起因分析

针对实际ADC1压铸件疲劳失效,对不同部位的断口进行切割取样,利用扫描电镜和能谱仪观察与分析了断口的表面形貌与特征,探讨了该压铸件断裂疲劳失效的起因,分析和探讨了孔洞和氧化膜在铸件疲劳失效过程中的作用。结果表明,铸件表面附近尺寸较大的孔洞和内部大面积氧化膜的聚集是铸件疲劳失效的起因。铸件中孔洞越靠近边缘、尺寸越大,越容易导致铸件的失效。大面积氧化膜直接降低了铸件基体的连续性,在载荷的作用下,易形成应力集中产生裂纹,导致断裂失效的发生。     

40 Cr钢汽车半轴断裂失效分析

40Cr钢汽车半轴在使用中发生早期疲劳断裂失效,通过对失效件的外观、断口宏微观形貌的观察,以及半轴材质、组织与硬度的检查,对半轴的失效原因进行了分析。结果表明:半轴为弯扭复合疲劳断裂,疲劳裂纹起源于挡圈槽底部感应烧伤区;半轴表面存在硬度较低的异常组织区(白亮区),导致半轴局部疲劳强度下降而疲劳开裂,半轴表面的异常区为感应加热产生的烧伤组织(白亮区)及熔融凹坑,其产生与局部间隙过小、工件表面污染等因素有关。     

某载重汽车用曲轴断裂失效分析

对某载重汽车用曲轴在使用过程中发生断裂进行失效分析。通过断口宏观及微观观察、低倍组织检验、金相组织检验、力学性能检验以及热处理试验等对失效曲轴进行综合分析。结果表明:该载重汽车曲轴断裂属于疲劳断裂;主轴颈表面碰磨使渗氮层产生的裂纹是导致曲轴断裂的直接原因;而热处理后组织不符合要求降低了曲轴疲劳强度,是导致曲轴断裂的重要原因。