金属拉力棒断口失效分析

1、金属拉力棒拉伸断裂失效分析 学院：机械电子工程学院 专业：过程装备与控制工程 姓名：张炳涛 班级：20111 学号：1101042136金属拉力棒拉伸断裂失效分析一、 概述1、 金属构件失效分析的意义和重要性(1)促进科学技术的发展，通过多个学科的交叉分析，找到失效的原因，不仅防止同样的失效再发生，而且能更进一步完善装备构建的功能，促进了相关各项工作的发展。(2)提高装备及其构件的质量。从设计、材料、制造等各方面进行改进，便可提高装备及其构件的质量。（3）具有高的经济效益和社会效益。 2、失效分析报告主要内容 这次针对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒试件进行了拉伸试验及失效分析，主要进行了现

2、场调查及收集资料，包括对准备试件的测量以及试件的装夹，加载，记录了设备的型号，参数及操作要求，对设备的运行过程，试件在加载过程出现的现象进行了记录，记录拉伸曲线，然后对试件进行断口失效分析，采用低倍放大对断口的形状，晶粒度，组织组成进行分析，最后参考书籍完成报告。二、 试样制备与收集1、 对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒进行拉伸试验，制备断口试件。2.加载过程Q235拉力棒拉伸实验步骤 （1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d0。 （2）试验机准备：按

3、试验机®计算机®打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。 （3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已安装好，对夹具进行检查。 （4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。 （5）开始实验：点击主机小键盘上的试样保护键，消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。 （5）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两

4、端对齐、靠紧，用游标卡尺测 出试件断裂后的标距长度l1及断口处的最小直径d1（一般从相互垂直方向测量两次后取平均值）。铸铁T200拉力棒拉伸试验步骤（1）试件的准备：测量试件中间和两端之处直径d，取最小值计算载面积。（2）试验机准备：估计铸铁bs值，估算拉断试件最大荷载。试验机调整与低碳钢拉伸试验相同。 （3）检查及试车：与低碳多拉伸试验相同。 （4）进行试验：开动好试验机。用慢速加载直到试件断裂，记录最大荷载Pb值。观察自动绘图器上的曲线。 （5） 试验结束：关闭试验机，取下试件，使试验机回原位。  （6）测量试件：测量断裂后试件的直径和长度 y

5、87;» （7）计算铸铁拉伸强度极限。三、现场调查并收集资料（1）本次实验地点在山东科技大学材料力学拉力棒拉伸与压缩实验室进行。（2）这次主要对铸铁T200拉力棒和Q235拉力棒试件进行拉断实验。（3）实验设备为微机控制电子万能材料试验机 参数： 测量范围：4%-100%F.S 测力示值相对误差：±1%速度精度：±5% 设定值上下压盘间最大距离：600mm拉伸钳口间最大距离：600mm 弯曲试验支滚间距离：30-460mm圆试样夹持直径：10-32mm 扁试样夹持厚度：0-20mm扁试样夹持宽度：60mm 剪切试样直径：0-10mm支柱间有效距离：435

6、mm 活塞行程：200mm电机功率：2KW 主机外形尺寸：740×460×1965mm （4）对拉力棒进行实验后发现，铸铁T200在拉伸过程中发生“脆断”，Q235钢在拉伸断裂前发生“颈缩”现象，根据拉伸曲线图也可以清晰地看出铸铁发生了突然地断裂，而碳素结构钢在断裂前发生了“颈缩”现象。 拉伸曲线如图：三、 样件理化性能分析 1、Q235是一种普通结构用钢，Q代表的是这种材质的屈服，后面的235就是指这种材质的屈服值，是235左右，并且随着材质厚度的增加而使其屈服值减小。Q235钢分A，B，C，D四个等级，由于含碳量适中，机械综合性能较好，强度，塑性以及焊接性能能较好的配合

7、，用途非常广泛。（1）化学成分Q235A级含 C 0.22% Mn1.4% Si 0.35% S 0.050 P 0.045Q235B级含 C 0.20% Mn1.4% Si 0.35% S 0.045 P 0.045Q235C级含 C 0.17% Mn1.4% Si 0.35% S 0.040 P 0.040Q235D级含 C 0.17 Mn1.4% Si 0.35% S 0.035 P 0.035（2）机械性能：屈服点大于235MPa，抗拉强度大于410Mpa，伸长率大于23%。（GB/T709-2006）2.铸铁T200：为珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，

8、铸造性能较好，但脆性较大，需进行人工时效处理。大量用于不受冲击载荷的零部件，如承受压力的发动机缸体、缸盖、离合器壳及制动鼓等。也用于中等压力的油缸、泵体、阀体以及经表面淬火的零件。（1）化学成份：碳 C ：3.36 硅 Si：2.37 锰 Mn：0.66 硫 S ：0.11 磷 P ：0.071（2）机械性能：抗拉强度:b 300MPa 硬度 ：(RH=1时)188HB。五、样件断口分析 1、断口分析的重要性：断口上忠实的记录了金属断裂的全过程，即裂纹的产生、扩展直至断开；外部因素对裂纹萌生的影响及材料本身的缺陷对裂纹萌生的促进作用；同时也记录着裂纹扩展的途径、扩展过程及内外因素对裂纹扩展的影

9、响。 2、Q235拉力棒拉伸断口分析宏观特征：Q235的断裂属于韧性断裂，呈光亮的金属光泽，断口平齐。断口附近有明显的宏观塑性变形，断口外形呈杯锥状，底面垂直于主应力锥面为45度角，断口表面呈纤维状，其颜色为暗灰色。微观特征：在100400倍显微镜下，可以观察其断口形貌，Q235碳素结构钢拉伸断口外形呈杯锥状，整个断口可分为三个区，中心部位为灰色纤维区，纤维区四周为辐射状裂纹扩展区，边缘是剪切唇，剪切唇语拉伸应力轴交角为45°。由于拉伸载荷形成的断裂，存在着很多的韧窝，韧窝面积较大，大都为等轴韧窝和轻微拉长韧窝。（剪切韧窝） 3、铸铁T200拉力棒断口分析宏观形状：铸铁中的石墨是共晶

10、团内的一个叶片状团体。断口平坦，无剪切唇，断口与应力方向垂直。断裂起源于变截面，断面颜色有的较光亮，有的比较灰暗，光亮断口为细瓷状，灰暗断口为粗糙状，有粗大晶粒外形。微观形状：在100400倍显微镜下，可以观察其断口形貌。T200铸铁试样断口为结晶状断口，呈光亮的金属光泽，断口平齐，并且垂直于拉应力。其组织特征可以观察到断口上呈现三个区域：纤维区、放射区及剪切唇区。实际上是断裂面上的微小解理台阶在图像上的表现，河流条纹就是相当于各个解理平面的交割。河流条纹的流向也是裂纹扩展的方向，河流的上游(即河流分叉方向)是裂纹源。 （河流花样）六、结论 铸铁发生脆断属于脆性断裂，原因是由于内部的石墨或其他缺陷导致应力集中使其在低应力下发生脆断的。Q235的断裂属于韧性断裂。金属零件韧性断裂的本质是零件危险截面处的实际应力超过材料的屈服强度所致，而脆性断裂则是由于外载荷超过了其抗拉强度直接发生了脆断。因此下列因素均有可能引起 金属零件韧性断裂失效零件所用材料强度不够，零件所承受的实际载荷超过原设计要求，零件在使用中出现了非正常载荷，零件存在不符合技术要求的铸造、锻造、焊和热加工等