Page 84 - 2017物理第四期

高海军, 等: 抽油泵凡尔罩断裂失效分析

１．３ 金相分析 高.对凡尔罩内边缘、 中间部位以及外边缘的显微组
采用蔡司 ２００MAT 光学金相显微镜, 对凡尔罩 织进行观察发现, ３ 个部位的显微组织都是晶粒比较
断口附近的基体进行了整体形貌和从内到外 ３ 个不 细小且分布均匀的回火索氏体, 见图３ ( b ) ~ ( d ); 同时
同位置的显微组织分析 [ ７ ] .首先, 在图 ３ ( a ) 中的基 仍然有大量的夹杂物存在, 该夹杂物是具有较宽范围
体抛光态表面上存在较多直径在数微米范围的黑色 形态比( 不小于３ ) 的单个黑色或深灰色夹杂物, 结合
或者深灰色点状夹杂物, 说明凡尔罩材料纯净度不 能谱分析结果认为该夹杂物应为 C 类硅酸盐夹杂物.

图 ３ 凡尔罩不同位置的抛光态及显微组织形貌
Fi g 敭３ Polishedstateandmicrostructurea pp earanceofthevalvecoveratdifferent p ositions
a p olishedstate b internalsidemicrostructure c middlemicrostructure d externalsidemicrostructure
１．４ 硬度测试 表 ２ 凡尔罩断口附近的化学成分( 质量分数)
采用 MHＧ６ 型显微硬度计在 １．９６N 载荷作用 Tab敭２ Chemicalcom p ositionsofthevalvecover
下对凡尔罩基体从内边缘到外边缘 ３ 个不同部位分 nearthefracture massfraction ％
别进行 ５ 点硬度测试, 结果如表 １ 所示. ３ 个部位 试样 C Mn Si Cr Fe
的显微硬度平均值分别为 ２２９ , ２２６ , ２２２ HV , 完全 失效凡尔罩实测值 ０．３ ０．５ ０．３ １３．０ 余量
合格凡尔罩平均值 ０．３ ０．６ ０．６ １３．３ 余量
符合该凡尔罩产品的硬度技术要求: １８７~２４１HV ,
而且 ３ 个部位的硬度分布都比较均匀. 由冶金缺陷造成, 硅元素在夹杂物处的富集造成了
表 １ 凡尔罩断口附近的硬度 基体其他部位的硅元素含量不足, 低于标准技术要
Tab敭１ Hardnessofthevalvecovernearthefracture 求.黄维刚等 [ ８Ｇ９ ] 研究表明: 同样条件下一定范围内
钢材屈服强度随着硅含量的增加而提高.因此大量
检测位置 实测值 / HV 平均值 / HV
的含硅夹杂物会造成基体材料屈服强度有所降低,
内边缘 ２３２．１６ , ２２９．２２ , ２３６．１０ , ２２８．８２ , ２２０．７４ ２２９．４１
这主要是由于硅能够阻止碳的扩散, 延缓渗碳体的
中间部位 ２３３．３２ , ２１７．９２ , ２２０．３７ , ２３０．３７ , ２２７．１３ ２２５．６２
析出与聚集 [ １０ ] .
外边缘 ２２５．７３ , ２１９．９４ , ２２２．９７ , ２１９．９９ , ２２３．２４ ２２２．３７
２ 分析与讨论
１．５ 化学成分分析
对凡尔 罩 材 料 的 化 学 成 分 进 行 分 析, 结 果 如 抽油泵柱塞在工作时受到交变应力的作用, 再
表 ２ 所示.可见该凡尔罩在成分上除硅元 素含量 加上井深的原因, 造成柱塞在工作中除受拉压作用
外都符合产品技术要求, 说明前述在断口裂纹扩展 外, 还要承受弯曲作用, 导致表面的应力复杂.对于
区 微观形貌中发现的含硅夹杂物是基材自身所带, 凡尔罩而言, 由于出油口的存在使得其受力情况更
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