金屬拉力棒斷口失效分析

1、金屬拉力棒拉伸斷裂失效分析專業(yè)：過程裝備與控制工程班級：20111學(xué)號：1101042136金屬拉力棒拉伸斷裂失效分析一、 概述1、 金屬構(gòu)件失效分析的意義和重要性(1)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過多個學(xué)科的交叉分析，找到失效的原因，不僅防止同樣的失效再發(fā)生，而且能更進(jìn)一步完善裝備構(gòu)建的功能，促進(jìn)了相關(guān)各項(xiàng)工作的發(fā)展。(2)提高裝備及其構(gòu)件的質(zhì)量。從設(shè)計(jì)、材料、制造等各方面進(jìn)行改進(jìn)，便可提高裝備及其構(gòu)件的質(zhì)量。（3）具有高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。2、失效分析報告主要內(nèi)容這次針對鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒試件進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)及失效分析，主要進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查及收集資料，包括對準(zhǔn)備試件的測量以及試件的

2、裝夾，加載，記錄了設(shè)備的型號，參數(shù)及操作要求，對設(shè)備的運(yùn)行過程，試件在加載過程出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行了記錄，記錄拉伸曲線，然后對試件進(jìn)行斷口失效分析，采用低倍放大對斷口的形狀，晶粒度，組織組成進(jìn)行分析，最后參考書籍完成報告。二、 試樣制備與收集1、 對鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，制備斷口試件。2.加載過程Q235拉力棒拉伸實(shí)驗(yàn)步驟（1）試件準(zhǔn)備：在試件上劃出長度為l0的標(biāo)距線，在標(biāo)距的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直方向各測量一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值作為試件的直徑d0。（2）試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：按試驗(yàn)機(jī) 計(jì)算機(jī) 打印機(jī)的順序開機(jī)，開機(jī)后須預(yù)熱十分鐘才可使用。按照“軟件

3、使用手冊”，運(yùn)行配套軟件。（3）安裝夾具：根據(jù)試件情況準(zhǔn)備好夾具，并安裝在夾具座上。若夾具已安裝好，對夾具進(jìn)行檢查。（4）夾持試件：若在上空間試驗(yàn)，則先將試件夾持在上夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件的另一端；若在下空間試驗(yàn)，則先將試件夾持在下夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件的另一端。（5）開始實(shí)驗(yàn)：點(diǎn)擊主機(jī)小鍵盤上的試樣保護(hù)鍵，消除夾持力；位移清零；按運(yùn)行命令按鈕，按照軟件設(shè)定的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（5）記錄數(shù)據(jù)：試件拉斷后，取下試件，將斷裂試件的兩端對齊、靠緊，用游標(biāo)卡尺測 出試件斷裂后的標(biāo)距長度l1及斷口處的最小直徑d1（一般從相互垂直方向測量兩次后取平均值）。鑄鐵T200拉力棒拉伸

4、試驗(yàn)步驟（1）試件的準(zhǔn)備：測量試件中間和兩端之處直徑d，取最小值計(jì)算載面積。（2）試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：估計(jì)鑄鐵b 值，估算拉斷試件最大荷載。試驗(yàn)機(jī)調(diào)整與低碳鋼拉伸試驗(yàn)相同。（3）檢查及試車：與低碳多拉伸試驗(yàn)相同。（4）進(jìn)行試驗(yàn)：開動好試驗(yàn)機(jī)。用慢速加載直到試件斷裂，記錄最大荷載Pb值。觀察自動繪圖器上的曲線。（5） 試驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)，取下試件，使試驗(yàn)機(jī)回原位。（6）測量試件：測量斷裂后試件的直徑和長度（7）計(jì)算鑄鐵拉伸強(qiáng)度極限。三、現(xiàn)場調(diào)查并收集資料（1）本次實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在山東科技大學(xué)材料力學(xué)拉力棒拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。（2）這次主要對鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒試件進(jìn)行拉斷實(shí)驗(yàn)。（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備

5、為微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)參數(shù)： 測量范圍：4%-100%F.S 測力示值相對誤差：±1%速度精度：±5% 設(shè)定值上下壓盤間最大距離：600mm 拉伸鉗口間最大距離：600mm 彎曲試驗(yàn)支滾間距離：30-460mm圓試樣夾持直徑：10-32mm 扁試樣夾持厚度：0-20mm扁試樣夾持寬度：60mm 剪切試樣直徑：0-10mm支柱間有效距離：435mm 活塞行程：200mm電機(jī)功率：2KW 主機(jī)外形尺寸：740×460×1965mm（4）對拉力棒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，鑄鐵T200在拉伸過程中發(fā)生“脆斷”，Q235鋼在拉伸斷裂前發(fā)生“頸縮”現(xiàn)象，根據(jù)拉伸曲線圖也

6、可以清晰地看出鑄鐵發(fā)生了突然地斷裂，而碳素結(jié)構(gòu)鋼在斷裂前發(fā)生了“頸縮”現(xiàn)象。拉伸曲線如圖：三、 樣件理化性能分析1、Q235是一種普通結(jié)構(gòu)用鋼，Q代表的是這種材質(zhì)的屈服，后面的235就是指這種材質(zhì)的屈服值，是235左右，并且隨著材質(zhì)厚度的增加而使其屈服值減小。Q235鋼分A，B，C，D四個等級，由于含碳量適中，機(jī)械綜合性能較好，強(qiáng)度，塑性以及焊接性能能較好的配合，用途非常廣泛。（1）化學(xué)成分Q235A級含 C 0.22% Mn1.4% Si 0.35% S 0.050 P 0.045Q235B級含 C 0.20% Mn1.4% Si 0.35% S 0.045 P 0.045Q235C級含 C

7、 0.17% Mn1.4% Si 0.35% S 0.040 P 0.040Q235D級含 C 0.17 Mn1.4% Si 0.35% S 0.035 P 0.035（2）機(jī)械性能：屈服點(diǎn)大于235MPa，抗拉強(qiáng)度大于410Mpa，伸長率大于23%。（GB/T709-2006）2.鑄鐵T200：為珠光體類型的灰鑄鐵。其強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好，鑄造性能較好，但脆性較大，需進(jìn)行人工時效處理。大量用于不受沖擊載荷的零部件，如承受壓力的發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、離合器殼及制動鼓等。也用于中等壓力的油缸、泵體、閥體以及經(jīng)表面淬火的零件。（1）化學(xué)成份：碳 C ：3.36 硅 Si：2.37

8、錳 Mn：0.66 硫 S ：0.11 磷 P ：0.071（2）機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度:b 300MPa 硬度 ：(RH=1時)188HB。五、樣件斷口分析1、斷口分析的重要性：斷口上忠實(shí)的記錄了金屬斷裂的全過程，即裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展直至斷開；外部因素對裂紋萌生的影響及材料本身的缺陷對裂紋萌生的促進(jìn)作用；同時也記錄著裂紋擴(kuò)展的途徑、擴(kuò)展過程及內(nèi)外因素對裂紋擴(kuò)展的影響。2、Q235拉力棒拉伸斷口分析宏觀特征：Q235的斷裂屬于韌性斷裂，呈光亮的金屬光澤，斷口平齊。斷口附近有明顯的宏觀塑性變形，斷口外形呈杯錐狀，底面垂直于主應(yīng)力錐面為45度角，斷口表面呈纖維狀，其顏色為暗灰色。微觀特征：在100400

9、倍顯微鏡下，可以觀察其斷口形貌，Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼拉伸斷口外形呈杯錐狀，整個斷口可分為三個區(qū)，中心部位為灰色纖維區(qū)，纖維區(qū)四周為輻射狀裂紋擴(kuò)展區(qū)，邊緣是剪切唇，剪切唇語拉伸應(yīng)力軸交角為45°。由于拉伸載荷形成的斷裂，存在著很多的韌窩，韌窩面積較大，大都為等軸韌窩和輕微拉長韌窩。（剪切韌窩）3、鑄鐵T200拉力棒斷口分析宏觀形狀：鑄鐵中的石墨是共晶團(tuán)內(nèi)的一個葉片狀團(tuán)體。斷口平坦，無剪切唇，斷口與應(yīng)力方向垂直。斷裂起源于變截面，斷面顏色有的較光亮，有的比較灰暗，光亮斷口為細(xì)瓷狀，灰暗斷口為粗糙狀，有粗大晶粒外形。微觀形狀：在100400倍顯微鏡下，可以觀察其斷口形貌。T200鑄鐵試樣斷口

10、為結(jié)晶狀斷口，呈光亮的金屬光澤，斷口平齊，并且垂直于拉應(yīng)力。其組織特征可以觀察到斷口上呈現(xiàn)三個區(qū)域：纖維區(qū)、放射區(qū)及剪切唇區(qū)。實(shí)際上是斷裂面上的微小解理臺階在圖像上的表現(xiàn)，河流條紋就是相當(dāng)于各個解理平面的交割。河流條紋的流向也是裂紋擴(kuò)展的方向，河流的上游(即河流分叉方向)是裂紋源。（河流花樣）六、結(jié)論鑄鐵發(fā)生脆斷屬于脆性斷裂，原因是由于內(nèi)部的石墨或其他缺陷導(dǎo)致應(yīng)力集中使其在低應(yīng)力下發(fā)生脆斷的。Q235的斷裂屬于韌性斷裂。金屬零件韌性斷裂的本質(zhì)是零件危險截面處的實(shí)際應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度所致，而脆性斷裂則是由于外載荷超過了其抗拉強(qiáng)度直接發(fā)生了脆斷。因此下列因素均有可能引起 金屬零件韌性斷裂失效零件所用材料強(qiáng)度不夠，零件所承受的實(shí)際載荷超過原設(shè)計(jì)要求，零件在使用中出現(xiàn)了非正常載荷，零件存在不符合技術(shù)要求的鑄造、鍛造、焊和熱加工等條件。所以