陶春虎3-2环境失效案例

1、典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析该类型螺钉在装配及装配后一段时间后均有断裂的该类型螺钉在装配及装配后一段时间后均有断裂的情况发生。其工艺包括表面经氯化铵镀镉后，经情况发生。其工艺包括表面经氯化铵镀镉后，经19010/23h除氢工艺。除氢工艺。典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析断裂于第一螺纹根部，断口高差较大，光杆部分可见装配断裂于第一螺纹根部，断口高差较大，光杆部分可见装配过程中造成的磨痕；断口亦可见小刻面特征过程中造成的磨痕；断口亦可见小刻面特征典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30

2、CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析低倍形貌可见断口整体呈小刻面特征，局部有明显的擦伤低倍形貌可见断口整体呈小刻面特征，局部有明显的擦伤特征，钉头内边缘颜色较其它部位深。特征，钉头内边缘颜色较其它部位深。典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析外边缘、中部及内边缘的高倍形貌可见断口整体均为沿晶外边缘、中部及内边缘的高倍形貌可见断口整体均为沿晶特征。特征。典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析断裂性质分析断裂性质分析断口均以沿晶特征为主，断裂性质为沿晶脆性断裂。断口均以沿晶特征为主，断裂性质为沿

3、晶脆性断裂。螺钉在装配及后续放置过程中处于室温状态，且能谱分析仅在个别螺钉断口螺钉在装配及后续放置过程中处于室温状态，且能谱分析仅在个别螺钉断口的局部位置发现的局部位置发现Cd元素，因此基本可以排除镉脆的可能性。螺钉的快速冲元素，因此基本可以排除镉脆的可能性。螺钉的快速冲击试验断口为韧窝特征，可排除螺钉回火脆断的可能性。击试验断口为韧窝特征，可排除螺钉回火脆断的可能性。对螺钉的整个装配、工作过程及试验结果进行分析表明，本次螺钉断口以沿对螺钉的整个装配、工作过程及试验结果进行分析表明，本次螺钉断口以沿晶特征为主，螺钉断口几乎没有塑性变形，延伸率低，且未通过晶特征为主，螺钉断口几乎没有塑性变形，延

4、伸率低，且未通过200h氢脆氢脆验证试验，因此螺钉的断裂应主要与氢脆有关。验证试验，因此螺钉的断裂应主要与氢脆有关。典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析影响氢脆的因素影响氢脆的因素材料性能：高强度钢对氢脆的敏感性极大，且强度越高，氢脆越容易发生。材料性能：高强度钢对氢脆的敏感性极大，且强度越高，氢脆越容易发生。螺钉的强度已经达到螺钉的强度已经达到1700MPa，在此强度下，螺钉对氢脆高度敏感。且，在此强度下，螺钉对氢脆高度敏感。且螺纹根部和螺钉钉头根部均存在缺口效应，氢更容易聚集，增强了螺钉的螺纹根部和螺钉钉头根部均存在缺口效应，氢更容易聚集，

5、增强了螺钉的氢脆敏感性。故障螺钉整体断口均为沿晶特征，断口几乎没有塑性变形，氢脆敏感性。故障螺钉整体断口均为沿晶特征，断口几乎没有塑性变形，延伸率低，说明材料脆性强，塑性差，螺钉在一定的应力条件下即可能发延伸率低，说明材料脆性强，塑性差，螺钉在一定的应力条件下即可能发生氢脆。生氢脆。典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析影响氢脆的因素影响氢脆的因素氢含量：对于强度在氢含量：对于强度在1700MPa级别的级别的30CrMnSiNi2A螺栓，含氢量在螺栓，含氢量在12ppm以上即有可能导致氢脆，而检测结果表明，该螺钉的螺杆与以上即有可能导致氢脆，而检

6、测结果表明，该螺钉的螺杆与螺纹部分的氢含量均过高，检测值多数在螺纹部分的氢含量均过高，检测值多数在6ppm以上。氢含量过高，材以上。氢含量过高，材料中的氢压越大，对开裂的贡献越大，即越容易发生氢脆。料中的氢压越大，对开裂的贡献越大，即越容易发生氢脆。典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析影响氢脆的因素影响氢脆的因素应力：螺钉装配采用电动应力：螺钉装配采用电动/气动载荷装配，并且未对装配应力进行控制，气动载荷装配，并且未对装配应力进行控制，因此装配应力可能较大，相对应的是螺栓承受的预紧力也较高。材料因此装配应力可能较大，相对应的是螺栓承受的预紧力也

7、较高。材料的氢脆存在应力门槛值，应力超过此门槛值才可能发生氢脆，且应力的氢脆存在应力门槛值，应力超过此门槛值才可能发生氢脆，且应力越大，氢脆越容易发生。因此，装配应力较大也是氢脆的可能原因。越大，氢脆越容易发生。因此，装配应力较大也是氢脆的可能原因。典型案例分析典型案例分析案例案例1: 30CrMnSiNi2A螺钉断裂分析螺钉断裂分析改进措施改进措施降低螺钉的强度在合适的范围，并改善其塑性降低螺钉的强度在合适的范围，并改善其塑性;应制定针对措施，加强除氢工艺的稳定性，以控制氢含量在一个较低应制定针对措施，加强除氢工艺的稳定性，以控制氢含量在一个较低的范围，避免氢含量过高诱发氢脆的范围，避免氢含

8、量过高诱发氢脆;应制定规范的装配标准，降低装配应力的大小和速率，防治螺钉因应应制定规范的装配标准，降低装配应力的大小和速率，防治螺钉因应力过大诱发氢脆。力过大诱发氢脆。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析弹簧零件在装配过程中，发现有弹簧零件在装配过程中，发现有27件断裂，故障率大于件断裂，故障率大于27%。弹簧材料为弹簧材料为a，规格为，规格为0.6mm。弹簧经过绕制成形、回。弹簧经过绕制成形、回火及表面镀镉处理后成品交付。火及表面镀镉处理后成品交付。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析热处理后未镀镉的内外表面未发现明显的表面损伤

9、和裂纹热处理后未镀镉的内外表面未发现明显的表面损伤和裂纹断裂弹簧均在多处发生断裂。断裂弹簧均在多处发生断裂。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析表面局部镀镉层与正常镀层形貌不同，呈类似龟裂的特征表面局部镀镉层与正常镀层形貌不同，呈类似龟裂的特征;内圈存在多条周向裂纹，其长度有的已经达到半个圆周内圈存在多条周向裂纹，其长度有的已经达到半个圆周典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析局部区域存在较为严重的表面损伤，其表面的镉层已经出局部区域存在较为严重的表面损伤，其表面的镉层已经出现熔化的迹象，在损伤区域与未损伤区域交界处可以清晰现熔化的

10、迹象，在损伤区域与未损伤区域交界处可以清晰地看到，损伤区域的镉层已经溶化成颗粒状，还可见一条地看到，损伤区域的镉层已经溶化成颗粒状，还可见一条轴向裂纹贯穿其中轴向裂纹贯穿其中典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析弹簧内圈表面的径向裂纹位于表面损伤较严重的区域，裂弹簧内圈表面的径向裂纹位于表面损伤较严重的区域，裂纹长度约为纹长度约为0.4mm。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析断口均由内圈表面起源，沿径向扩展，扩展一定程度后沿断口均由内圈表面起源，沿径向扩展，扩展一定程度后沿轴向快速断裂形成斜劈断口。径向断口断裂特征基本被镉轴向快速

11、断裂形成斜劈断口。径向断口断裂特征基本被镉覆盖，但仍能判断其起源于弹簧内圈表面覆盖，但仍能判断其起源于弹簧内圈表面典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析周向斜劈断口裂纹沿簧丝的变形组织界面扩展，横断面可周向斜劈断口裂纹沿簧丝的变形组织界面扩展，横断面可见韧窝特征。见韧窝特征。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析断口当中有的是从内圈表面起源径向扩展并最终在大的扭断口当中有的是从内圈表面起源径向扩展并最终在大的扭转应力作用下发生断裂，其中径向断口表面呈解理断裂特转应力作用下发生断裂，其中径向断口表面呈解理断裂特征。征。典型案例分析典型案

12、例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析断裂弹簧磨制金相试样，通过反复磨抛观察到断裂弹簧磨制金相试样，通过反复磨抛观察到2条径向裂纹，条径向裂纹，其中较深的裂纹约其中较深的裂纹约80m，较浅的约，较浅的约60m，在两个裂纹的，在两个裂纹的附近均存在多条轴向的二次裂纹附近均存在多条轴向的二次裂纹典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析经经4%硝酸酒精腐蚀后可以清晰地看到，轴向裂纹均沿着变硝酸酒精腐蚀后可以清晰地看到，轴向裂纹均沿着变形组织界面扩展。形组织界面扩展。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析断口的源区和靠近源区的轴向斜

13、劈断口进行能谱分析断口的源区和靠近源区的轴向斜劈断口进行能谱分析,在整个断在整个断口上均发现了口上均发现了Cd元素，其含量呈由外向内逐渐增高的趋势；元素，其含量呈由外向内逐渐增高的趋势；径向裂纹和轴向裂纹处均发现了镉元素的存在，但径向裂纹镉元径向裂纹和轴向裂纹处均发现了镉元素的存在，但径向裂纹镉元素含量较高。素含量较高。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析越靠近源区其镉元素的含量越高，这表明断口上的镉是由弹簧表面向越靠近源区其镉元素的含量越高，这表明断口上的镉是由弹簧表面向内部扩散的，而弹簧在交付后的装配过程中没有高温和镉污染的条件。内部扩散的，而弹簧在交付后的

14、装配过程中没有高温和镉污染的条件。同时，弹簧成批断裂，且断成多块，由此判断这些径向裂纹为装配前同时，弹簧成批断裂，且断成多块，由此判断这些径向裂纹为装配前就已经形成的镉脆裂纹，该裂纹导致弹簧的承载能力下降，在装配中就已经形成的镉脆裂纹，该裂纹导致弹簧的承载能力下降，在装配中发生过载断裂。发生过载断裂。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析镉脆是的一种特殊脆性断裂形式，形成镉脆必须满足三个镉脆是的一种特殊脆性断裂形式，形成镉脆必须满足三个个基本条件：存在镉元素、适当的拉应力和较高的温度。个基本条件：存在镉元素、适当的拉应力和较高的温度。弹簧经过表面镀镉处理，再加上弯

15、制成形过程后，簧丝具弹簧经过表面镀镉处理，再加上弯制成形过程后，簧丝具有一定的残余应力，所以其前两个因素已经满足。有一定的残余应力，所以其前两个因素已经满足。典型案例分析典型案例分析案例案例2:弹簧断裂失效分析弹簧断裂失效分析发生镉脆的第三个必要条件是要存在一个较高的温度，从发生镉脆的第三个必要条件是要存在一个较高的温度，从故障发生的过程来看，整个工艺过程中只有除氢工序才有故障发生的过程来看，整个工艺过程中只有除氢工序才有高温环境，所以该故障应出现在除氢工序。镉的熔点只有高温环境，所以该故障应出现在除氢工序。镉的熔点只有321，所以镀镉件的除氢温度相对较低，一般在，所以镀镉件的除氢温度相对较低

16、，一般在200左左右，工艺上要求镀镉件在除氢时要严格控制除氢温度和时右，工艺上要求镀镉件在除氢时要严格控制除氢温度和时间间。典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析某铝制油堵平管嘴使用后发现一端开裂。油堵平管某铝制油堵平管嘴使用后发现一端开裂。油堵平管嘴所用材料为嘴所用材料为2A12铝合金，铝合金，13mm挤压圆棒，挤压圆棒，T4状态，表面铬酸阳极化状态，表面铬酸阳极化典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析裂纹就出现在锥形孔的孔壁上，并已经完全贯穿孔壁。裂裂纹就出现在锥形孔的孔壁上，并已经完全贯穿孔壁。裂纹上宽下窄，外宽内窄，且

17、裂纹两侧的阳极化膜破损，露纹上宽下窄，外宽内窄，且裂纹两侧的阳极化膜破损，露出了铝合金基体。另外，大直径圆柱表面靠近裂纹的阳极出了铝合金基体。另外，大直径圆柱表面靠近裂纹的阳极化膜表面呈灰黑色。化膜表面呈灰黑色。典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析平管嘴外表面阳极化膜的表面存在大量沿轴向的点状和条平管嘴外表面阳极化膜的表面存在大量沿轴向的点状和条形黑斑。用抛光的方法将阳极化膜去除后进行检查，发现形黑斑。用抛光的方法将阳极化膜去除后进行检查，发现点状和条形黑斑已经穿透阳极化膜，到达了铝合金基体表点状和条形黑斑已经穿透阳极化膜，到达了铝合金基体表面。面。典型案例

18、分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析断口表面大部分被腐蚀产物所覆盖，呈现出典型的泥纹花断口表面大部分被腐蚀产物所覆盖，呈现出典型的泥纹花样。靠近断口边缘（圆柱断面）的覆盖物最多，呈光滑的样。靠近断口边缘（圆柱断面）的覆盖物最多，呈光滑的片层特征，片层特征，典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析靠近锥面的区域覆盖物较少，局部可见类解理断裂特征靠近锥面的区域覆盖物较少，局部可见类解理断裂特征;裂裂纹扩展末端的断口基本为韧窝断裂特征，腐蚀轻微，韧窝纹扩展末端的断口基本为韧窝断裂特征，腐蚀轻微，韧窝底部存在大量第二相质点底部存在大量第二相质

19、点典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析断口不同区域的覆盖物进行能谱成分分析结果表明，断口断口不同区域的覆盖物进行能谱成分分析结果表明，断口表面的覆盖物含有大量的表面的覆盖物含有大量的O，还含有腐蚀性元素，还含有腐蚀性元素Cl。从元。从元素分布来看，越靠近断口边缘，腐蚀和氧化越严重，特别素分布来看，越靠近断口边缘，腐蚀和氧化越严重，特别是靠近圆柱端面处氧化物最多。是靠近圆柱端面处氧化物最多。典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析在扫描电镜下对平管嘴裂纹附近表面质量进行观察，阳极在扫描电镜下对平管嘴裂纹附近表面质量进行观察，阳极

20、化膜表及基体表面存在明显沿轴向的条形腐蚀坑化膜表及基体表面存在明显沿轴向的条形腐蚀坑阳极化膜表面孔洞抛光后基体表面孔洞典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹沿挤压变形方向（轴向），扩展断口表面油堵平管嘴裂纹沿挤压变形方向（轴向），扩展断口表面腐蚀特征明显，且含有腐蚀性元素腐蚀特征明显，且含有腐蚀性元素Cl，证明油堵平管嘴裂，证明油堵平管嘴裂纹形成与腐蚀有关。断口表面的腐蚀程度呈现由表及里逐纹形成与腐蚀有关。断口表面的腐蚀程度呈现由表及里逐渐减弱的趋势，表明腐蚀首先发生在平管嘴表面而后向内渐减弱的趋势，表明腐蚀首先发生在平管嘴表面而后向内部扩展。部扩展。典型案例分析典型案例分析案例案例3:油堵平管嘴裂纹分析油堵平管嘴裂纹分析断口局部可见类解理断裂特征，这是应力腐蚀的典型特征。断口局部可见类解理断裂特征，这是应力腐蚀的典型特征。同时，裂纹附近圆柱表面存在大量条形腐蚀坑，进一步证同时，裂纹附近圆柱表面存在大量条形腐