Page 88 - 理化检验-物理分册2023年第十一期

晏 健, 等: 套管滑套出液口部位断裂原因

标准 GB / T229 — 2020 《 金属材料 夏比摆锤冲击试
表4 套管滑套的冲击性能测试结果 J
验方法》 进行纵向夏比 V 型缺口冲击试验 [ 9 ] , 试样
项目 冲击吸收能量
尺寸为5mm×10mm×55mm ( 长度 × 宽度 × 高

出液口部位实测值 3.0 , 5.4 , 1.6
度), 试验温度为20℃ , 试验结果如表4所示, 该套

滑套部位实测值 35.3 , 38.5 , 38.5
管滑套出液口部位的冲击性能不符合产品技术
技术要求 ≥31
要求。
表3 套管滑套的渗氮层深度测试结果
1.6 金相检验

依据 GB / T13298 — 2015 《 金属显微组织检验

与滑套外表面的距离 / 出液口部位硬度 / 远离出液口部位硬度 /
mm HV HV 方法》, 在套管滑套出液口部位取样, 对试样进行金
0.1 604 , 662 , 615 430 , 412 , 438 相检验, 结果如图4所示。由图4可知: 出液口部位
的组织为索氏体+珠光体, 且索氏体中含有块状铁
0.2 592 , 614 , 588 412 , 402 , 420
素体。该组织不符合42CrMo钢淬火后高温回火的
0.3 388 , 392 , 374 350 , 332.344
组织要求。热处理工艺不当使套管滑套的冲击韧性
0.4 350 , 342 , 336 321 , 316 , 308 显著降低, 导致套管滑套发生脆性断裂。

图4 套管滑套出液口部位的显微组织形貌

2 有限元分析

使用有限元分析软件对套管滑套出液口部位进
行受力分析, 模拟套管滑套进行整体工具强度和密
封性能检测时的工况, 结果如图5所示。由图5可
知: 套管滑套内部压力为28.6MPa时, 计算套管滑

套出液口部位的局部最大应力为 1056.8 MPa , 最

大应力位于出液口部位椭圆形开孔的长轴端点处,
图5 套管滑套出液口部位有限元分析结果
远离出液口部位的应力急剧减小。该套管滑套出液
口部位开有周向分布的椭圆形孔, 在内压作用下, 椭 置附近与远离断口处的渗氮层硬度存在一定的差
圆形孔处出现应力明显增大的现象, 即产生应力 异 [ 10 ] 。套管滑套出液口部位的冲击性能明显低于

集中。 其他部位, 且不符合产品的技术要求。
套管滑套出液口部位设计有多个不连续的缺
3 综合分析
口, 缺口处存在明显的应力集中, 进而导致缺口附近
由套管滑套出液口部位的宏观形貌和微观形貌 的应力分布不均匀, 产生了缺口效应。缺口处产生
可知, 断口整体较为平整, 整体未见塑性变形, 断裂 应力集中, 引起三向应力状态, 使材料脆化, 由应力
源区并未发现明显的疲劳形貌, 瞬断区可见放射状 集中转变为应变集中, 使缺口附近的应变速率增加,
河流花样, 并伴有撕裂棱和凹陷, 呈准解理断裂特 同时表面渗氮导致套管滑套出液口部位的缺口敏感
征。该套管滑套的化学成分符合标准要求, 断裂位 性增大。

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