失效分析案例ppt课件.ppt

1、欢迎分析故障实例，中国材料显微镜网络论坛交流故障分析问题1，实例3 328钢热锻模具淬火裂纹原因分析，1背景2检验内容及结果2 1原材料化学成分2硬度测定2 3裂纹形态(1)宏观检验(2)裂纹微观检验2. 4微观组织分析3讨论4结论，2，1， 在背景同一模具上打开了预锻和精锻两个模腔，发现加工时模具毛坯锻件硬度高，150型洛氏硬度修正，硬度为30。 为了便于加工，该工厂对模具进行了一次降低硬度的退火，但温度和时间没有记录。 加工后的模具由我公司热处理，淬火加热炉采用箱型电阻炉。 为了防止氧化，在模具的周围填充旧的渗碳剂进行保护。 模具淬火时，首先以500、850预热2次，然后以10504保温，

2、冷却介质选择15号油。 淬火中如果听到模具破裂的声音，立刻停止冷却，放入630的炉膛烧门，烧门时破裂继续扩大，模具成为多个碎片。 因为发现了金属模具破裂，所以中止了退火。 3、2检验内容及结果2 1在原材料化学成分分析模具上取样，测定模具的化学成分(质量百分率、% )时，如下所述为：030、8、2、5、035、032、030、0032、0028。 与12992000 (合金工具钢)相比，符合标准。 2 2硬度测定用150洛氏硬度试验机测定的锻造品的表面硬度为2830，模具退火后的表层硬度为4041，心部硬度为4748。 4、23断口形态(1)宏观检查模具横向多处断裂，断裂特征有直裂、弯折裂纹和

3、圆弧裂纹，在模具碎片的横截面表层观察到约30个细瓷状断口(参照图2 )。 断口内部有山脊状的扩展形态，表示放射线中心朝向模具中心部，裂纹源形成在模具中心部。 心部是粗晶状的断口，有非常明显的金属光泽。 根据上述特征，可以判定该模具的裂纹是由于心部脆性劈开破坏引起的。 用断口微观检查用扫描电子显微镜观察细瓷状断口、粗晶状断口，结果参照图3、4。 粗晶状断口扫描电镜照片显示，断口有明显的劈开步骤，是穿晶劈开断裂的特征。 6，2.4微观组织分析在模具裂缝处，就粗晶状裂缝、细瓷状裂缝切取试样，制备样品后，用4%硝酸醇溶液在短时间内轻微腐蚀，之后在相显微镜下观察。 照片上虽然组织不太清楚，但观察到淬火前

4、的奥氏体晶粒分布(参照图5 )。 用奥氏体结晶粒度评价基准2评价结晶粒度等级为6级，粗晶状断口处的结晶粒和组织粗大(图6 )，结晶粒度等级为1级。 观察发现碳化物分布严重呈带状(参照图8 )。 细瓷状和粗晶状的切断口的连接有大小的晶粒变得不均匀的现象。 7、8、3研究文献3、4介绍328钢为压铸钢，含钨和铬多，热膨胀系数小，耐腐蚀性优良。 钨能提高钢的耐热性，减少淬火脆性和热处理变形。 由于该钢的碳含量低(0 25%0 40% )，因此具有良好的导热性和充分的韧性。 加入少量的钒可以使晶粒微细化，提高耐磨损性。 328钢为过共析钢，正常淬火组织为细马氏体、残留奥氏体、少量粒状碳化物。 淬火温度

5、过高，得不到粗大的马氏体。 图4所示的模具断口中心部呈粗晶状断口形态，具有脆性劈开断裂的特征。 图6的金相组织显示，奥氏体晶粒粗大，马氏体粗大，是明显的过热现象。 但是，模具表层的细瓷状断口(图2、3 )和细粒(图5 )属于正常的淬火组织。厂家在模具加工时锻造品的硬度很高，虽然进行了一次降低硬度的退火，但是退火保温时间不够，只要将表层再结晶微细化，就会出现表层的细粒和细瓷状的缺口。 9、由于模具心部不透热，因淬火加热出现组织遗传现象，形成粗大奥氏体晶粒，冷却时产生粗大马氏体。 模具的心部受到组织应力和热应力的双重作用，形成裂纹源，裂纹扩展，引起表面裂纹。模具横截面出现许多横裂纹、裂纹、弧状裂纹

6、，这主要与锻造质量有关。 碳化物带状分布表明锻造不充分，是弯曲裂纹和弧形裂纹的主要原因，可以从宏观形态和金相组织特征推测，锻造起始温度高，引起组织过热，提供锻件时用户没有说明，用户在正常温度淬火时发生了裂纹事故。 4结论热锻模具裂纹的主要原因是锻造组织存在严重缺陷，即粗大的奥氏体晶粒(锻造过热组织)和严重的碳化物带状分布，模具淬火前不进行充分的退火，使晶粒微细化，引起正常的温度淬火裂纹。10、壳体4漳平发电厂1号机叶片断裂故障分析、1、背景2检查、试验2.1宏观检查2.2断口微观检查23化学成分24硬度试验26金相检查3分析4结论、11、1、背景漳平发电厂1号机系北京重电机厂制造的冲动式汽轮机

7、， 其高压转子八级叶片材料于20 1998年4月大修后发现，该级叶片绷带缺损约10cm，有一个叶片在根部断裂丢失，部分绷带铆钉头被弹开的现象。 修复工作由发电厂委托北京重电机厂，其修复过程为：拆除5层包围带和43片叶片，更换断裂和损伤的2片叶片和损伤的2层包围带，将安装后的叶片和包围带焊接固定，将2层包围铆钉的头部弹起的部位磨光后焊接修复，修复后的机组2000年5月7日，汽轮机发出异响，振动不断加剧，汽缸剥落后，高压转子的第8级叶片掉落19片，部分包围带脱落，第9级叶片和第8、9、10级隔板磨损变形。 根据1998年4月的大修记录，今年丢失的19片叶子大部分是当时经过修复处理的叶子。 由于这次

8、刀片断裂事故对转子的损伤很大，所以将整个转子送给制造商进行修理。 为了找出刀片断裂的原因，开展了一系列故障分析工作。12、2检查、试验2.1宏观检查中掉落的19片叶的断裂部位均位于叶的倒/沟根的横截面(参照图1 )，13、肉眼观察断裂表面呈红褐色和灰褐色，有锈迹。 断口平坦分为两个区，其中大面积区呈光滑形状，小面积区呈纤维状，个别断口大部分呈光滑形状。 可知拆卸时叶片根部的安装松弛，容易拆卸。 2 2断口微检断口经超声波清洗干净后，在扫描电镜下低倍(10倍)观察，具有典型的疲劳断裂特征，有疲劳源、疲劳裂纹传播区(颗粒状脆性破坏区)和最终的快速断裂韧性纤维区，其中疲劳源和疲劳裂纹传播区占大部分面

9、积。 图2为疲劳源和疲劳裂纹传播区，其中可明显观察到贝壳状条纹，是疲劳破坏的典型特征。 进一步放大观察的话，切断口有阶梯状的线段(参照图3、图4 )，这些线段不平滑，是由于疲劳过程在不稳定的滑动面上引起快速的龟裂扩展所致。 另外，观察到裂纹的存在，从源极区域向中心部发展。 在疲劳裂纹扩展区域观察到颗粒状脆性破坏特性(参照图5 )。 断口开裂以穿晶断裂为主，无沿晶断裂征象，也无介质腐蚀引起的应力腐蚀断口形态。 这表明快速断裂区域是以韧窝为主的塑性断裂。 14，23化学成分分析损伤叶的抽样分析结果如表1所示。 由表1可知，破坏叶材料的化学成分合格。 15、24硬度试验破断翼根部侧面布氏硬度试验结果

10、如表2所示。 根据表2推测，断裂叶片的硬度值稍高，叶片材料的强度高。16、25冲击试验、26金相检查选择断裂翼根侧面进行金相检查分析，首先检查未蚀刻的试料表面，发现在一个倒形槽的根部存在微裂纹(微裂纹平坦且与断面平行)。用氯化铁盐酸水溶液蚀刻试样表面后，观察其金相组织为具有取向的烧烤源体(参照图6 )，图7为带微裂纹的金相照片，组织状态正常。 17，3分析(1)断裂叶的金相组织是正常的焙烧源体，材料化学成分合格，主要性能指标也基本正常。 (2)叶片的断裂部位是倒*形槽根部的横截面，即应力集中部位，是裂纹源萌发地，断口具有典型的疲劳断裂特征，裂纹扩展是穿透晶体的方向。 (18 )、(3)叶片根部的疲劳破坏与组装质量有关，在安装高压转子叶片时通常要求根部紧贴，但破裂的初级叶片根部是松弛的嵌合，在运转中叶片振动传递到根部，根部和叶轮槽表面产生摩擦，根部表层的晶粒持续滑动，容易产生龟裂之后裂