Page 25 - 2017物理第四期
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王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ４ 讲 金相分析技术( 下)
３．３ 宏观金相分析和微观金相分析的结合使用 察发现, 该微裂纹内部充满灰色氧化物, 裂纹尾部的
在失效分析中要采取宏观金相分析和微观金相 组织存在明显的流线变形, 裂纹侧面未见明显增、 脱
分析相结合的方法, 宏观金相分析可以确定缺陷或 碳现象, 如图 １３ ( c ) 所示, 可见该微裂纹缺陷是在螺
失效点的位置, 可以分析它们与 失效之间的关系. 栓挤压螺纹过程中形成的.明确了分析方向后, 就
如在对一船用柴油机曲轴连杆螺栓进行断裂失效分 要在断裂螺栓断口源区寻找该缺陷留下的直接证
析时, 对同批次螺栓进行低倍检验发现, 第一牙螺纹 据, 找到了才能证明螺栓断裂与该缺陷有关, 那就要
处存在微裂纹, 微裂纹沿螺纹根部呈周向分布, 垂直 召回该批次的所有螺栓, 或采取应急措施, 并建议对
于表面向内扩展, 如图 １３ ( a ) ~ ( b ) 所示, 而螺栓实 螺栓的加工工艺进行改进, 以免再次产生该类缺陷.
际上为横向断裂, 断裂位置也和该微裂纹位置相吻 若没有在断裂源区找到该缺陷留下的证据, 则还需
合, 为此有必要对该微裂纹缺陷进行进一步分析, 并 要修正分析方向, 继续展开分析, 直到找到导致螺栓
对同批次螺栓的服役情况作进一步调查.高倍下观 断裂的真正原因.
图 １３ 曲轴连杆螺栓宏观及微观组织形貌
Fi g 敭１３ Macroandmicrostructuremor p holo gy ofacrankshaftconnectin g rodbolt
a macromor p holo gy b stereomicrosco p emor p holo gy ７敭８× c metallo g ra p hicmicrosco p emor p holo gy ２００×
３．４ 利用各组成相的颜色差异进行分析 可形成应力集中, 直接导致产品的早期失效.一家
光学显微镜一个重要的特点就是能反映被观察 公司生产的压力容器封头筒体母材为 ３０４ 不锈钢,
对象的实际色彩, 这一点在金相分析中具有非常重 在超声波检测时发现环焊缝区域存在缺陷显示.分
要的作用.如铝合金中的 αＧSi相呈灰色, M g ２Si相 析时从缺陷显示部位垂直于钢板表面取横剖面试
呈浅蓝色, Al ２Cu 相呈橘红色, AlFeMnSi相则呈黑 样, 磨抛后在金相显微镜下观察可见存在红色异物
色, 再结合它们各自不同的形态就很容易判别出这 区 域,同 时 存 在 从 该 区 域 产 生 的 微 裂 纹,见
些相.在钢的显微组织分析中, 往往会在贝氏体基 图 １４ ( a ); 侵蚀后观察可见, 红色区域和基体组织界
体, 甚至在珠光体 ＋ 铁素体的基体中混有少量的马 限比较明显, 从红色区域发出的微裂纹中也存在红
氏体, 这时往往是利用马氏体区域呈淡黄色这一特 色异物, 见图 １４ ( b ).能谱( EDS ) 分析结果显示, 该
征进行区分的.通常情况下, 碳化物呈亮白色, 珠光 红色异物的主要元素成分为铜.经调查, 该企业在
体呈黑色, 这些差异在准确判断钢的显微组织方面 焊接过程中, 为了防止封头筒体损伤, 在地板上铺了
也起着重要作用.若材料的组织比较均匀、 单一, 在 较软的紫铜板进行防护.焊接过程中粗糙的焊缝在
抛光态下的颜色是一致的, 但若夹带了其他材料组 移动过程中刮下了部分紫铜并在二道焊接时裹入焊
成, 在颜色上也会产生较大差异.在实际失效分析 缝.铜的熔点为 １０８３ ℃ , 焊接时熔池金属温度为
中, 曾经发现锌合金涡轮中掺杂了未溶的铸铝, 在黄 ( １７７０±１００ ) ℃ , 近焊缝区温度一般在 １３５０ ℃ 以
铜方体阀制品中发现了呈块状分布的紫铜, 在铅黄 上.若焊缝区域受到铜污染或夹裹了铜屑, 焊接时
铜阀门中发现了聚集的块状游离铅, 在不锈钢三通 铜会在高温条件下产生渗透和扩散, 并在奥氏体晶
中发现了呈颗粒状分布的游离铬, 它们都是材料冶 界富集, 使晶粒之间的结合力降低, 随后在焊接残余
炼不充分产生的缺陷, 会破坏材料性能的连续性, 且 应力的作用下产生“ 铜脆” 开裂失效.
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