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铸坯/板材等

金属构件加工成形过程中,由于工艺自身特点和技术水平的制约,每一种工艺都有各自不同的问题,严重时,引起金属构件失效。通过失效分析,寻找失效原因,改进工艺。

铸坯/板材等

1、冷隔,2、气孔,3、针孔,4、缩孔,5、疏松,6、夹杂物,7、偏析,8、热裂纹,9、冷裂纹,10、折叠,11、分层,12、氧化和脱碳等

焊接件

1、焊接裂纹,2、气孔,3、夹渣,4、未填满,5、未焊透,6、过烧,7、焊缝成形不良等

案例1 精轧螺纹钢筋断裂失效分析
1.情况简介
材质:40SiMnV
热加工工艺:将规格为Φ150mm的圆坯经17道轧制过程而轧成规格为Φ32mm的螺纹钢筋。
热处理工艺:淬火+中温回火,组织为回火屈氏体。
某建筑工地在运送一批螺纹钢筋过程中发现部分产生断裂和严重开裂现象,为查明原因,将多支缺陷钢筋送检分析。
分析内容包括——成分分析、金相分析、断口分析
2.严重开裂螺纹钢筋断口局部宏观形貌

3.化学分析
一般钢种要求五害元素单项含量<200ppm(0.020%)
五害元素Sn As严重偏高,其它如Si、Mn、P、S、Al、V等元素心部的含量也高于表面含量,心部存在明显的成分偏析40SiMnV

4.金相分析
基体大量硫化物3.0级 表面脱碳层深度0.3mm,内部偏析严重,组织呈枝晶状分布 心部存在大裂纹

5. 断口分析
中间部位断口木纹中大量夹杂物,两侧区域沿晶“延性”开裂 晶界上有五害元素偏聚

6. 分析意见
1 化学分析:五害元素Sn和As含量均严重偏高,部分元素Si、Mn、P、S、Al、V等心部含量高于表面,心部存在明显成分偏析。
2 金相分析:横截面最表面有深度约0.3mm的脱碳层,脱碳层组织为铁素体+少量回火屈氏体。次表面部位基体成分呈柱状偏析,组织为呈枝晶状分布的不均匀分布的回火屈氏体;心部裂纹周围基体成分偏析严重,组织为回火屈氏体+网状铁素体。
3 断口分析:中间部位断口均呈木纹状,木纹中有大量硫化物夹杂偏聚。断口两侧为脆性沿晶“延性”开裂特征,晶界上有五害元素偏聚,形成液膜,弱化晶界,造成沿晶开裂。
4 铸坯整体五害元素Sn和As严重偏高,这些低熔点的五害元素在晶界上偏聚,破坏钢的晶间结合力,同时铸坯心部存在硫化物偏聚,二者共同作用,导致铸坯心部产生晶间裂纹。同时由于铸坯成分偏析严重,心部组织状态不佳,也将促使后续连轧过程中螺纹钢筋心部裂纹扩展,将螺纹钢筋从中间部位“一分为二”裂开。

案例2 连轧辊早期断裂失效分析

1. 情况简介
进口连轧机上辊使用仅一周就发生横向断裂。
宏观观察:该轴断于轧辊辊颈的过度圆弧根部位置,断裂辊颈的断口平齐无变形,为快速脆性断裂
该轧辊采用金属冷模立式铸造;材质为球磨铸铁,经热处理得到针状贝氏体基体组织。
辊面硬度要求范围为400—440HB,辊颈硬度值范围为300—400HB。抗拉强度Rm≥600MPa。

2. 进口轧辊辊颈早期断裂宏观形貌

3. 化学分析
在1/2半径部位取样分析
结果表明:碳、硅含量均低于技术指标

4. 性能试验
在1/2半径部位取样试验,结果表明:抗拉强度和硬度试验结果均低于技术指标

5. 金相分析

部位基体组织为:针状贝氏体+粒状贝氏体+少量的片状珠光体。
渗碳体呈网状分布于晶界上,渗碳体级别为渗5。磷共晶级别为磷1。

6. 断口分析
横断辊颈断口分析——
裂纹开裂于圆弧根部,此处开裂与圆弧过渡部位加工精度不佳,导致应力集中有关。电镜下观察,圆弧部位开裂源区有较深的二次裂纹,开裂源区呈沿晶界开裂特征,这与组织中存在沿晶脆性渗碳体网相关。
1/2R部位裂纹扩展区断口形貌为解理+准解理。
心部部位断口不致密,有较多的疏松缺陷。
拉伸试样断口分析——
由于抗拉强度偏低,所以对拉伸试样的断口也进行了观察分析,石墨分布较均匀,但基体上可见较粗大的针状组织形貌特征,其高倍形貌为解理形态。在断口的边缘,观察到较深的二次裂纹,还有一些光滑的疏松缺陷,这些裂纹和疏松缺陷的存在将减少有效承载面积,导致抗拉强度降低。
7 断辊辊颈表面至心部各部位断口形貌

8 分析意见
轧辊辊颈C、Si含量明显偏低,不符合技术要求。
断裂辊颈组织为针状贝氏体+粒状贝氏体+片状珠光体的混合组织;石墨球化状态不佳,多为团状和碎块状;在晶界上还分布有较多的网状渗碳体和磷共晶脆性相。
断裂辊颈部位的硬度偏低(HB322)、抗拉强度(500Mpa)明显低于图纸设计要求(HB 330-400 、Rm≥600Mpa)。
断裂辊颈的断口平齐无变形,为典型的快速脆性断裂。
造成轧辊仅运行一周就发生辊颈部位横向脆断的主要原因是化学成分不合、基体组织状态不佳、石墨球化质量不好、晶界存在脆性相、内部不致密有较多疏松缺陷等,导致辊颈性能偏低。
辊颈断于轧辊根部圆弧倒角部位,肉眼观察圆弧过渡不够圆滑,有明显的加工痕迹,此处易产生应力集中,从而引发裂纹的产生,这是轧辊断于辊颈部位的另一重要原因。