案例 铸钢支架的失效分析讲解

金相检验主讲人：白培谦铸钢支架失效分析案例1.铸钢支架背景信息材料要求组织状态技术要求抗拉强度延伸率冲击功St52-3正火处理490~630N/mm2≥22%＞Av:27J（±20℃）德国标准（DIN17100）针对这一现象，对两种不同状态的零件取样做理化分析如下。检验显示该批零件组织状态有正常的正火态，也有残留铸态的非正常正火态;1.铸钢支架背景信息但冲击功很低，却远远达不到技术要求;有残留铸态组织的试样抗拉强度、延伸率均合乎技术要求，断面收缩率稍低;2.理化检验结果编号状态硬度1号样正常组织样品152HB10/30002号样残留铸态组织样品168HB10/3000❶硬度2.理化检验结果❷化学成分（%）元素CSiPSMn1号样0.200.380.0200.0081.472号样0.220.560.0280.0101.57标准值≤0.22≤0.60≤0.04≤0.04≤1.702.理化检验结果❸性能试验编号

抗拉强度R(Mpa)延伸率A(%)冲击功Au(J)断缩Z(％)1号样56021.014061.053528.067.02号样57323.01243.056925.057.0均为杯锥状、暗灰色韧性断口，纤维区面积较大。1号样缩颈较明显，断缩值大。2.理化检验结果图1断口形貌1号样2号样❹宏观断口分析2.理化检验结果❹宏观断口分析图2带U形缺口的冲击断口1号样2号样1号样有明显的塑性变形，表现为有明显收缩，断口为纤维状。2号样没有塑变痕迹，断口平，为典型的脆性结晶状断口。2.理化检验结果❺微观断口分析韧窝较小、较浅，撕裂棱较平图42号拉伸样SEM图31号拉伸样SEM

韧窝较大、较深，撕裂棱突出冲击断口源区为塑性的韧窝形貌，扩展区为准解理特征2.理化检验结果❺微观断口分析图61号冲击样扩展区SEM

图51号冲击样源区SEM

源区和扩展区均为粗大的解理形貌2.理化检验结果❺微观断口分析图82号冲击样扩展区SEM

图72号冲击样源区SEM

组织形态为等轴状的铁素体加珠光体，有少量的断续珠光体网，属正常的正火态组织。2.理化检验结果❻金相组织分析图91号样显微镜组织100x

2.理化检验结果❻金相组织分析图102号样显微镜组织100x

组织形态为黑色珠光体网，保留了铸态的粗大晶粒，晶粒内部铁素体为细针状呈方向性分布，属典型的残留铸态组织。2.理化检验结果❻金相组织分析图112号样冲击断口处二次裂纹100x

冲击断口处二次裂纹沿晶界扩展的形貌。2.理化检验结果❻金相组织分析图122号样裂纹沿晶界扩展500x高倍下观察裂纹沿晶界上铁素体扩展的形貌，黑色网状珠光体在高倍下观察近似鱼骨状，针状铁素体分布在晶界上。残留铸态组织形成的原因3.分析讨论01铸钢由于凝固温度很高，在高温下晶粒粗大；02冷却时先在晶界上析出铁素体和珠光体；03进一步冷却时，一部分铁素体呈针状在晶内析出，形成魏氏组织；3.分析讨论04在随后的正火中，温度偏低，铸态的粗晶和晶内的针状铁素体没有完全溶化而保留下来；05在随后的冷却中，已奥氏体化的组织形成网状分布的珠光体和块状棒状的铁素体。残留铸态组织形成的原因3.分析讨论残留铸态组织对性能影响的分析试验结果表明，残留铸态组织试样的抗拉强度、延伸率和正常组织试样几乎没有什么区别，断面收缩率则略低于正常组织试样；但是冲击值大大低于正常组织试样，冲击断口也显示这种样品脆性极大，所以在日常检验时单凭拉伸试验很难判定试样力学性能合格与否。3.分析讨论残留铸态组织对性能影响的分析正常组织试样，铁素体和珠光体呈等轴状均匀分布，晶粒细小，强韧性较好，所以在冲击试验时，源区表现了良好的韧性即韧窝特征，扩展区也有一定韧性的准解理特征；残留铸态组织，显微形貌为粗大珠光体网和网内针状铁素体，裂纹沿晶界上低强度的铁素体薄弱路径扩展，晶内针状铁素体更有利于解理的扩展，所以试样在冲击力作用下表现为脆性极大