Page 83 - 2017物理第四期
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高海军, 等: 抽油泵凡尔罩断裂失效分析
图 １ 凡尔罩断口宏观形貌
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区断口 基 本 完 好. 第 I 区 断 口 放 大 后 的 形 貌 如 受到往复的交变应力 [ ６ ] .以上 ３ 点均符合疲劳断裂
图 １ ( b ) 所示, 经观察发现, 断裂起源于凡尔罩表面 特征, 由此判断该凡尔罩断裂性质为疲劳断裂.
１．２ 断口微观分析
应力集中的位置 １ , 在裂纹扩展过程中, 由于 ４ 和 ５
处的应力集中, 一定程度上又加 速了最终的断裂. 采用 JSMＧ８４０ 型 扫 描 电 子 显 微 镜 ( SEM ) 和
其中裂纹 １ 为主裂纹, 在后期扩展过程中分为 ２ 和 VANTAGE ( DI４１０５ ) 型能谱仪 ( EDS ) 对断口的 微
３ 两个次裂纹.另外, 图 １ ( b ) 位置 １ 处的外壁能观 观形貌和夹杂物成分进行分析.在断口表面和侧面
察到机加工不精细而留下的一个不平整的 加工痕 存在由于机加工引起的主裂纹源 １ , 明确该断口为
迹; 而位置 ４ 和 ５ 两处可见结构设计上的尖角, 容易 疲劳引起的断裂, 疲劳起源于 １ 处, 而 ２ , ３ 处为疲劳
导致局部应力集中. 扩展区; 另外, 以裂纹源 １ 为中心, 裂纹沿着断裂面
从I区断口外观看, 存在 ２ 个明显不同的区域, 呈放射状扩展, 见图 ２ ( a ), 在裂纹扩展过程中, ４ 和
比较光滑的区域和比较粗糙的区域, 见图 １ ( b ); 从 ５ 两处的应力集中则又进一步加速了断裂的发生.
断口附近的变形情况看, 断裂并没有经由明显的塑 同时在裂纹扩展区发现了严重的沿晶断裂现象, 见
性变形后而发生, 断口呈光亮的结晶状, 较为平整, 图２ ( b ).另外, 还在断口上发现了数个夹杂物, 如
具有明显的脆性断裂特征; 另外抽油泵工作时, 泵内 图 ２ ( c ) 中箭头所指, 能谱分析表明其为含硅的夹杂
压 力交替, 使柱塞凡尔球连续的开启、 关闭, 凡尔罩 物, 见图 ２ ( d ).
图 ２ 凡尔罩断口微观形貌
Fi g 敭２ Microa pp earanceoffractureofthevalvecover
a cracksourcea pp earance b crackp ro p a g ationzonea pp earance c inclusiona pp earance d EDSs p ectrumoftheinclusion
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