Page 88 - 理化检验-物理分册2019年第二期

忻晓霏: 耐热铸铁排气支管开裂失效分析

于光学 显 微 镜 下 观 察. 试 样 剖 面 抛 光 态 形 貌 见
２ 综合分析
图 ６a ), 可见存在严重的疏松缺陷; 断裂面上可见氧
化物覆盖层, 见图 ６b ).基体石墨形态见图 ７a ), 按 由上述理化检验结果可知: 开裂排气支管的化
GB / T９４４１－２００９ 评定石墨球化率为 ７０％ , 石墨大 学成分满足 GB / T９４３７－２００９ 对 QTRSi４Mo 耐热
小级别为 ６ 级; 基体显微组织为铁素体 ＋ 珠光体 ＋ 铸铁的技术要求; 按 GB / T９４４１－２００９ 评定铸铁材
少量碳化物, 见图 ７b ). 料的石墨球化率为 ７０％ , 石墨大小级别为 ６ 级, 基
体显微组织为铁素体 ＋ 珠光体 ＋ 少量碳化物.
通过宏观分析可知: 排气支管表面能观察到裂
纹并且裂纹已经贯穿试样; 排气支管开裂面上具有
氧化及锈蚀特征, 开裂面无明显塑性变形, 符合脆性
开裂特征.通过断口 SEM 分析可知, 断裂面靠近
表面区域有氧化覆盖层, 并且存在较多的疏松孔洞.
通过断面的剖面金相分析可知, 开裂处存在严重的
疏松缺陷, 疏松的存在减小了排气支管的有效承载
面积, 降低了材料的强度 [ ３ ] , 在后续服役时, 在振动
力的作用下, 排气支管于缺陷处发生开裂失效.
３ 结论及建议

该耐热铸铁排气支管开裂是由于材料内部存在
疏松缺陷, 大大降低了材料的服役强度, 在振动力的
作用下排气支管发生了开裂.
疏松的产生主要是由于合金的液态收缩和凝固

图 ６ 断裂源处抛光态形貌 收缩大于固态收缩, 形成疏松的条件是: 合金的结晶
Fi g 敭６ Polishin g statemor p holo gy ofthefracturesource 温度范围宽, 倾向于糊状凝固方式; 或者是铸件断面
a atlowma g nification b athi g hma g nification 的温度梯度小, 合金液几乎同时凝固, 因液态和凝固
收缩所形成的细小孔洞分散且得不到合金液的补
充, 就形成了疏松 [ ４ ] .建议在浇铸时尽量降低浇铸
温度和浇铸速度.

参考文献:

[ １ ] 郑隆滨, 孙永立, 史然峰, 等 ． 我国耐热铸铁的生产和
发展[ J ] ． 锅炉制造, ２００４ ( １ ): ３９Ｇ４４．
[ ２ ] 张朝生 ． 汽车排气 系 统 耐 热 铸 铁 的 开 发 [ J ] ． 金 属 世
界, ２００４ ( ５ ): １４Ｇ１４．
[ ３ ] 崔联合 ．ZA２７ 合 金 轴 套 断 裂 失 效 分 析 [ J ] ． 铸 造,
２００８ , ５７ ( ９ ): ９６７Ｇ９７０．
[ ４ ] 张广英 ． 封装设备 底 座 的 砂 铸 工 艺 改 进 和 质 量 控 制
[ D ] ． 苏州: 苏州大学, ２０１０．

图 ７ 基体石墨形态及显微组织形貌
Fi g 敭７ Mor p holo gy ofa g ra p hiteandb microstructureofthematrix

１ ４ ３