ADC12铸造铝合金机器人大臂断裂失效分析

ADC12铸造铝合金机器人大臂断裂,拉断测试过程强度偏低,拉断测试断口垂直于拉伸方向,且断口齐平无变形。采用直读光谱仪、数显洛氏硬度计、金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对失效件的化学成分含量、断口特征形貌及金相组织进行检测和分析。整个断口呈人字纹扩展特征形貌,人字纹收敛处指向大臂中间隔筋顶部,由此推断大臂中间隔筋顶部为拉断测试断裂起始区。扫描电镜检测发现,断裂起始区及终断区均为韧窝断口+解理断口+二次裂纹特征形貌,表明铝合金大臂材料强度偏低。金相检验表明,铝合金大臂采用高压铸造,材料基体的枝晶组织细小,但铸造过程未经变质处理,产生片状共晶组织,导致材料强度偏低。疏松及孔洞缺陷组织,进一步降低了材料强韧性。然而,造成拉断测试强度低的主要原因是由于铝合金大臂隔筋顶部的壁厚尺寸不足,在较低的拉力作用下率先开裂,拉伸过程裂纹继续扩展直至断裂,最终导致铝合金大臂拉断强度偏低。     

高强铝合金轮辋失效分析

分析了重型车辆用高强度铝合金轮辋在实际使用过程中裂纹发生和发展的机理。采用拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等手段详细表征了服役铝合金轮辋的力学性能、断口形貌、裂纹特征和腐蚀产物。分析结果表明,裂纹的形态呈"之"字形扩展,并且沿晶界断裂;裂纹起裂区和扩展区都存在腐蚀性元素S和Cl,具备典型的应力腐蚀特征。根据服役轮辋实际的装配和使用条件看,在腐蚀性介质条件下,铝合金轮辋与其配合的钢质锁圈存在电位差,接触产生电偶腐蚀。7A04铝合金经T6热处理后,在腐蚀环境中,其晶界存在的η相、S相和θ相等第二相相对于7A04基体晶粒本身为阳极而优先溶解,使得晶界成为活性路径,裂纹沿着这条活性路径扩展导致断裂。     

熔体直接反应法制备TiB_2/ZL101复合材料的显微组织及切削性能

用熔体直接反应法制备了TiB_2/ZL101复合材料;用光学显微镜、SEM、拉伸试验机等对复合材料的组织、力学和切削性能进行了测试分析,并与用钠盐变质处理的ZL101合金进行了对比。结果表明:制备的TiB_2/ZL101复合材料组织为细小等轴树枝状α-Al及细小板片共晶硅,其抗拉强度高于ZL101铝合金的,但塑性却低于ZL101铝合金的;切削工艺相同时,切削ZL101合金和TiB_2/ZL101复合材料刀具后刀面磨损速率相近,而后者加工表面粗糙度值低于前者的;TiB_2/ZL101复合材料的加工表面存在两种类型裂纹,第二种类型裂纹对其疲劳性能有害。     

搅拌摩擦焊缝类型对接头拉伸性能及断裂特征的影响

采用三种不同针长的搅拌头对6082-T6铝合金板材进行焊接,获取三种类型的焊缝,即未透对接焊缝、已透对接焊缝和对-搭组合焊缝,通过对焊缝金相观察、拉伸测试和断口分析,得到焊缝类型对接头拉伸性能及断裂特征的影响规律。不同类型焊缝的表面成形区别不大,但内部成形各有特点。未透对接焊缝根部界面处形成未焊合缺陷;已透对接焊缝中无缺陷;对-搭组合焊缝后退侧和前进侧形成“钩状”缺陷。拉伸测试表明,未透对接接头拉伸性能最低,裂纹在未焊合处产生并沿焊核区扩展,接头下部呈现剪切断裂特征,接头上部呈现准解理和剪切混合断裂特征;已透对接接头拉伸性能最高,断裂位置位于前进侧热机影响区,断口呈现出典型的剪切断裂特征;对-搭组合接头拉伸性能居中,裂纹在前进侧“钩状”缺陷处产生并沿焊核区扩展,断口形貌与未透对接接头相似。     

3003铝合金无缝管制备过程中的显微组织与力学性能变化

研究了制备过程中不同状态下3003铝合金无缝管的组织、力学性能及拉伸断口形貌。结果表明:3003铝合金铸锭适宜的均匀化退火制度为600℃×5h;热挤压过程发生动态再结晶生成了等轴晶粒,冷加工后沿变形方向产生明显的变形组织,400℃退火1h后力学性能较好;不同状态下的拉伸断口上有许多细小的等轴状韧窝,退火后的韧窝变大变深,塑性明显变好。     

7075铝合金缸体的失效分析

对在工作中发生断裂的7075铝合金缸体进行了化学成分分析、室温拉伸试验和断口形貌分析,以找到其失效的原因,给出相应的改进措施。结果表明:镁元素含量低于标准导致合金力学性能降低是该铝合金缸体失效的主要原因;阳极氧化膜上的微孔在循环应力作用下沿着机加工痕迹扩展形成疲劳源;随着应力循环的加剧,裂纹快速扩展,最终使缸体发生疲劳断裂。     

组织特征对GH864合金裂纹扩展行为的影响

测试不同热处理条件下GH864合金在650℃空气中疲劳/蠕变交互作用下的裂纹扩展速率,分析热处理制度及组织特征对合金裂纹扩展速率的影响.通过组织分析试验、裂纹扩展速率试验和断口形貌分析,对比不同组织状态下GH864合金的微观组织及裂纹扩展行为,并用Paris公式对裂纹扩展速率的结果进行描述.结果表明:热处理后合金的裂纹扩展速率都明显降低;晶粒度对合金的裂纹扩展速率影响较大,且粗晶组织能显著降低裂纹扩展速率;晶界析出相对裂纹扩展速率有较大作用,而强化相γ'相大小对裂纹扩展速率影响不明显.从组织形貌及断口分析可较好解释不同热处理制度裂纹扩展速率曲线的试验结果.具有疲劳条纹特征断口对应较慢的裂纹扩展速率,而沿晶断裂对应较快的裂纹扩展速率.     

铸造A356铝合金的拉伸性能与断口分析

对铸造A356-T6铝合金材料在不同位置的拉伸性能进行研究,利用扫描电镜和光学显微镜观察了拉伸断口。通过试验分析数据可得,铸造A356-T6铝合金的拉伸屈服强度和离浇道口的直线距离有关,成线性反比关系;而断裂强度则是先降低后升高,延伸率变化微乎其微。对铸造A356-T6铝合金的平均屈服强度、延伸率、断裂强度和断面收缩率进行比对,通过对断口分析表明:有明显的杂质附着在拉伸断口表面,表面存在少许孔洞,并存在氧化膜的缺陷。取样得知,断口主要含有铝、硅颗粒,还包含碳、氧、铁、镁等复合颗粒。在拉伸过程中,铸造A356-T6铝合中共晶硅粒子与基体结合处会产生裂纹,不断扩大后分布在共晶区域中;当产生裂纹的方向和共晶硅方向不同时,裂纹将会截断共晶硅颗粒。铸造A356-T6铝合金拉伸断裂方式为沿胞(即穿晶断裂)方式的准解理断裂。     

回火温度对40Cr钢疲劳裂纹扩展的影响

本文采用三点弯曲压-压疲劳实验方法测量了40Cr钢不同温度回火后疲劳裂纹长度与循环周次的关系曲线。结果表明,低温回火后,40Cr钢在缺口处的起裂抗力高,一旦萌生了一定长度的疲劳裂纹,疲劳裂纹扩展速率明显高于高温回火和中温回火试样;随着回火温度的升高,40Cr钢在缺口处的起裂抗力减小,但疲劳裂纹扩展速率也减小。疲劳断口微观分析表面,在疲劳裂纹扩展初期,低温回火试样的疲劳断口表现出脆性疲劳纹特征,中温回火和高温回火试样主要是二次裂纹组成的疲劳纹,而且随着回火温度的升高,二次裂纹间距减小。在疲劳裂纹扩展中区和瞬断区,低温回火的疲劳断口主要为解理断裂和沿晶断裂特征,中温和高温回火的疲劳断口是以韧窝为主的韧性断裂特征。疲劳裂纹扩展机理的不同导致了疲劳裂纹扩展规律的变化。     

预腐蚀7A09铝合金腐蚀坑处萌生疲劳裂纹扩展深度的估算

含初始缺陷铝合金结构的寿命评估方法大多需要用到裂纹扩展深度这一难以直接测得的参数,为了找到其与表面裂纹长度之间的关系,对预腐蚀7A09铝合金进行疲劳试验,并利用扫描电镜结合能谱仪进行疲劳断口分析,发现了腐蚀坑处萌生裂纹沿着深度方向的扩展规律。结果表明:7A09铝合金的疲劳断口多呈脆性断裂特征,富集的增强相反而会成为脆性相,降低材料的塑性变形能力;对于单一裂纹源主导的疲劳断裂,其内部扩展深度与表面裂纹长度之间存在线性关系,通过检测构件中裂纹的表面长度可以获得其扩展深度,对于结构剩余寿命的估算具有参考价值;对于多源疲劳,裂纹扩展长度与深度间无确定的关系。。     

SiCp粒径及含量对铝基复合材料拉伸性能和断裂机制的影响

采用冷压烧结和热挤压方法制备出不同体积分数(1.5%,5%)亚微米(130 nm)和微米级(14μm)的SiCp增强铝基复合材料,并对其拉伸性能及断口形貌进行了分析.结果表明:粒径为130 nm的SiCp增强的铝基复合材料抗拉强度随着体积分数的增加而提高,其断裂机制是在Al-SiC界面处的铝基体撕裂形成的空洞和裂纹扩展为主;而粒径为14μm的SiCp增强的铝基复合材料的抗拉强度随着体积分数的增加而降低,其断裂机制为部分SiCp的解理断裂并沿基体扩展的复合过程.     

6061铝合金断裂机理的原位拉伸研究

用SEM-520原位拉伸试验对不同应力状态下6061铝合金试件的断裂过程进行研究.结果表明,不同应力状态下的铝合金试样在拉伸过程中其表面均产生了大量的滑移带,但断裂机理不同.随着三轴应力度的降低,断裂从韧窝聚合型混合剪切机制向纯剪切断裂机制过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6061铝合金晶界处为最薄弱环节,微裂纹形核于晶界,随载荷的增加,微裂纹长大和扩展.微裂纹之间通过扩展或剪切而连接导致试样断裂;试样最小断面上的三轴应力度越小,试样断口的两个面上韧窝的取向就越明显,断口越光滑.     

高压隔离开关静触头铸铝夹板的断裂失效分析

隔离开关静触头ZL101A铸铝夹板在使用过程中发生了多起断裂。利用光谱仪、光学显微镜、扫描电子显微镜进行成分、组织特征以及断口分析。结果表明,ZL101A铸铝夹板的共晶Si呈粗大颗粒状,集中分布在晶界,并出现过热现象。螺栓、垫片与铸件壁发生干涉,在夹板的螺栓孔附近形成较大的应力。在此应力的作用下,裂纹沿着晶界扩展,发生脆性断裂。     

断口分析中的裂纹动力学和瓦纳线实例

在为材质42CrMo钢经锻造、调质和渗氮处理的曲轴断裂断口进行失效分析的案例中,发现断口上的贝纹线有相交的异常现象;这在一般的断口中是不可能出现的。用裂纹动力学和瓦纳线的理论对这种异常现象做了分析:由断口疲劳源处产生的裂纹,在扩展时会在材料中产生应力波,在裂纹所在的表面上传播。当裂纹遇到了不连续面,就会产生了一个横向的应力波,从而形成第二组以波源为圆心的同心圆弧,这才有可能出现贝纹线相交的现象。首次观察到瓦纳线不仅仅只能在金属与非金属脆性材料的断口上出现,文中以实例说明,在调质钢的断口上也可以出现瓦纳线。     

不同断口定量分析疲劳寿命模型应用对比

介绍了金属结构材料断口定量分析疲劳寿命模型,即Paris公式、梯形法及断口宏观特征模型的应用条件和范围;利用Paris公式和梯形法对7B04铝合金和TA15钛合金疲劳试样断口进行疲劳扩展寿命定量分析,通过对两种方法计算结果的比较,并结合梯形法的本质,提出了对梯形法修正的前提和具体修正方法,即当裂纹开始扩展尺寸(a0)大于第一个测量点的裂纹长度(a1)或a0与a1非常接近时,可不对梯形法进行修正,当a0小于a1时,则计算疲劳扩展寿命时需对梯形法进行修正,此时梯形法公式中不除2;第一个测量点值后的算法保持不变;用修正后的梯形法计算的疲劳扩展寿命表明了修正方法的合理性.     

预制止裂线对DT4C工业纯铁疲劳裂纹扩展行为的影响

借助ANSYS仿真结果,确定在疲劳裂纹扩展路径上预制"直线-圆"形止裂线的尺寸;在DT4C工业纯铁上加工出标准扩展紧凑拉伸试样,在距其U型切口根部不同距离(L_a分别为6.4,7.0,7.6mm)处预制止裂线,通过疲劳裂纹扩展试验及疲劳断口分析,研究了L_a对试样疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:当L_a为7.6mm时,止裂线的引入降低了裂纹尖端的应力,延长了试样的疲劳寿命;在裂纹尖端到达止裂线位置之前,当L_a为6.4mm时,止裂线的引入提高了裂纹扩展速率,而当L_a为7.6mm时则降低了试样的裂纹扩展速率;在裂纹尖端穿过止裂线位置之后,含止裂线试样的裂纹扩展速率均明显降低;不含止裂线和含止裂线试样的裂纹扩展区呈现疲劳辉纹特征,瞬断区呈现韧窝断裂特征。     

2219铝合金VPTIG焊接接头的断裂韧性

对2219铝合金变极性钨极惰性气体保护(VPTIG)焊接接头进行了拉伸、冲击和三点弯曲试验,对比研究了接头与母材的拉伸性能、冲击性能、断裂韧性及裂纹扩展行为。结果表明:焊接接头的抗拉强度为266~282 MPa,强度系数为0.6,接头强度远低于母材的;焊缝的冲击功为7~8 J,热影响区的冲击功为6~11 J,均高于母材的;当裂纹扩展量在0.14~0.35 mm时,焊缝裂纹尖端张开位移(CTOD)为0.056~0.124 mm,CTOD随裂纹扩展而增大;焊缝金属表现出比母材更好的断裂韧性,焊缝断口为弹塑性断裂,裂纹扩展区呈韧窝形貌,韧窝内存在第二相质点,使裂纹失稳扩展所消耗的能量增大。     

不同应力比下ADB610钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究

采用标准紧凑拉伸试样进行五级应力比(R=0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的疲劳裂纹扩展速率试验,使用递增多项式法对试验数据进行处理,得到不同应力比下的裂纹扩展速率曲线及表达式。定量分析了应力比对裂纹扩展速率和Paris公式中两个重要参数的影响,并对五级应力比下的疲劳断口进行了分析,探讨了应力比对裂纹扩展速率的影响机理。     

热处理对GT35钢结硬质合金断裂性能的影响

本文研究了GT35钢结硬质合金在不同热处理状态下获得的显微组织,测定了断裂韧性K_(IC)值,分析了K(IC)试样的断口形貌,并观察了断裂全过程。结果表明,在载荷作用下,GT35的断裂全过程由大Tic粒子首先解理断裂,随应变增大,较小Tic粒子参与断裂,已开裂TiC拉子中解理裂纹粗化及裂纹扩展直至断裂等阶段组成。裂纹扩展途径则随着钢粘姑相的组织结构和两相界面状况的不同而异,裂纹或者是沿两相界面曲折前进,或者撕裂前方粘结相而扩展。后者的进行是显微孔洞的成核聚合过程,脆性第二相及碳化物柱子是显微孔洞的核心,断裂过程受显微孔洞成核所控制。根据这种机制导出了裂纹穿越钢粘结相的定量关系式:解释了性能的变化。文章还指出,适当细化TiC粒子,强化硬质相以及高温奥氏体化加热淬火并回火能得到高的强韧性。     

基于断口反推2A12铝合金叶轮高速旋转状态下的振动应力

利用疲劳短裂纹理论,应用扫描电镜观察断口形貌,并结合相应的疲劳裂纹扩展曲线,基于断口反推2A12铝合金叶轮高速旋转状态下的振动应力。结果表明：该方法能比较准确地估算出铝合金叶轮高速旋转状态下的振动应力;此方法适用于面心立方晶系金属材料共振疲劳断裂时振动应力的估算,且简单易行。