Page 86 - 理化检验-物理分册2025年第三期

段 攀，等：氨合成塔内约翰逊网丝条断裂原因

与其微观组织分布一致。
8 1.γ-Fe 2.(Fe, Ni)
3
2 3.Ni-Cr-Fe 4.CrN 1.3.2 三点弯曲试验
1 5.VN 6.Fe
7.Cr0.19Fe0.7Ni0.11 约翰逊网丝条的送检试样尺寸较小，无法进行
8.Fe-Cr 9.VC
标准试样的拉伸及冲击试验，根据实验室力学性能
测试条件设计了三点弯曲试验，丝条以原始服役
9 状态的形状进行测试，一共 3 个试样，分别编号为
7 8
6 8 3
5 3 2 1，2，3 号，3 个试样的弯曲强度依次为 64.8，76.1，
4 2 1
9 91 62.1 MPa，平均值为66.02 MPa。可见约翰逊网丝条
5 7 5 7
4 6 4 6 9 的弯曲强度非常低，在弯曲试验过程中，丝条均会完
10 20 30 40 50 60 70 80 90 全断裂，且在断裂时试样向周围飞溅。3号试样的弯
2θ/(°)
曲载荷-位移曲线如图8所示。由图8可知：曲线上
图 6 表面渗氮层 X 射线衍射图谱
1.3 力学性能测试 出现若干个齿状变化，即表明出现了瞬间载荷下降
1.3.1 硬度测试 的现象。在弯曲试验过程中听到了断裂的声音，可
约翰逊网丝条的截面和过渡区硬度如图7所示。 知丝条的断裂是一个阶段性过程。由于表面渗氮层
由图7可知： 约翰逊网丝条表面形成了硬度较高的渗 厚度可达到丝条截面的一半以上，且丝条的整个截
氮层，表面渗氮层的硬度约为心部的4倍，渗氮层硬 面四周均存在渗氮层，渗氮层面积占整个截面的一
度远远大于心部；左右过渡区的平均硬度一致，硬度 半以上，故丝条的脆性大幅提升，在弯曲过程中表现
平均值为355 HV，整个丝条截面的硬度呈对称分布， 出较高的脆性。
500

600 450
400
500
350
400 300
硬度/HV0.1 300 外层 心部 硬度/HV0.1 250 左过渡区

200 200 右过渡区
150 左过渡区均值
右过渡区均值
100 100
50
0 300 600 900 1 200 1 500 1 800 0
与表面距离/µm 左右渗氮层至心部过渡区硬度测试方向/µm
(a) 截面硬度 (b) 截面过渡区硬度
图 7 约翰逊网丝条的截面和过渡区硬度

6 1.4 断口分析
在丝条断口处截取试样，将试样置于扫描电镜
5
下观察，并对其进行能谱分析，结果如图9所示。由
4
图9可知： 试样断口形貌特征分为相对平整光滑的外
载荷/kN 3 层区域与较粗糙的心部区域；心部区域断口呈韧窝

2 形貌特征，外层区域断口呈脆性解理断口形貌特征，
且晶粒细小均匀。心部区域断口的韧窝底部存在解
1 理断裂的颗粒，颗粒直径约为3 μm，而外层解理断
口区域不仅有直径约为3 μm的颗粒，还分布有较多
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
位移/mm 直径不大于1 μm的颗粒， 较大颗粒状物质为碳化物，
图 8 丝条弯曲载荷 - 位移曲线 较小的均匀分布的颗粒为氮化物。

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