125MN 拉伸機拉力柱裂紋失效分析

拉力柱是某大飛機項目125MN 拉伸機上的核心零件之一，拉力柱在粗加工過程中發現裂紋，經超聲波探傷確認，靠近鍛件一端有長度接近2000mm 超標缺陷，參考當量

2.0 ～

5.8mm，距離表面約500mm，如圖1 所示。該拉力柱為鍛件，材質34CrNi3Mo，發現裂紋時期為鍛后粗加工狀態。

試驗材料與方法

試驗材料為鍛后熱處理狀態的拉力柱，材質34CrNi3Mo，工件輪廓尺寸：

630mm×5500mm，化學成分的質量分數見表1。鍛后熱處理的具體工藝為：890℃正火+800℃球化退火+650℃回火。在拉力柱缺陷部位的中間段鋸切一片厚度20mm的試片，將試片從裂紋處打開，取一小塊尺寸約20mm×20mm×20mm 試樣觀察其宏觀和微觀的斷口形貌，采用能譜儀分析斷口表面的夾雜物；將剩余部分經過酸洗，觀察其低倍組織；再取一片涵蓋微裂紋尺寸約20mm×20mm×20mm 的試樣，進行磨制、拋光，然后用4%的硝酸酒精腐蝕，制得金相試樣，采用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察其金相組織。

試驗結果與分析

拉力柱的失效形態

拉力柱在鍛造后的粗加工過程中出現的裂紋失效宏觀形貌如圖1 所示。

低倍形貌分析

對磨制后的試片進行熱腐蝕試驗，將酸洗后的試片放置一定時間后，對其進行低倍形貌觀察，失效處的低倍形貌如圖2(a)和2(b)所示，從圖中可以清晰地看出有一條與圖1 所示宏觀裂紋貫通且沿著酸洗面上白色條帶B 分布的波紋狀裂紋。從白色條帶B 的宏觀形貌和結構來看，初步判斷其為獨立存在的夾雜物，具有異金屬夾雜物的低倍形貌特征，且其彎曲形態表明白色條帶B 具有良好的塑性，但在鍛造成形階段并未與基體鍛合。

化學成分分析

基體的化學成分用以鑒定材料成分是否符合標準要求，并進行評估材質的優劣。在裂紋附近進行取樣并采用光譜儀對其進行常規化學成分分析。基體A和條帶B 的化學成分見表2。

斷口是金屬破斷后獲得的一對相互匹配的斷裂表面及其外觀形貌，是共檢斷裂時的自然面。斷口分析是分析研究金屬材料斷口形貌特征、斷裂過程與斷裂機理之間關系的方法，也是分析失效原因的主要手段。斷口總是發生在金屬組織中最薄弱的地方，斷口的分析方法一般分為兩類，即斷口的宏觀分析法和微觀分析法。

斷口分析

從表2 中可以看出，基體A 和條帶B 的化學成分均滿足要求；但與基體A 相比，條帶B 中各元素的質量分數略低，尤其是C 元素質量分數低0.06%，由于該拉力柱斷裂狀態是冶煉+鍛造后，可評判夾雜物為冶煉澆鑄過程中的水口節流導致。

⑴宏觀分析。

在所取試片上肉眼可見呈波紋形態的裂紋如圖2所示，裂紋邊緣比較圓滑，將裂紋沿裂縫處打開后，裂紋紋路清晰，表面光滑呈氧化色，有明顯褶皺且高低起伏，如圖3 所示。從斷口宏觀形貌來看，可直接排除拉力柱鍛件的裂紋缺陷為折疊裂紋。

將所取斷口試樣用酒精清洗干凈后，在掃描電子顯微鏡下觀察其斷口形貌，如圖5 所示，從圖(b)和(d)可以看出，裂紋表面存在明顯的氧化現象，從4張圖中均可以看出，有大量的夾雜物存在，夾雜物大小不一，形狀基本相似，均呈顆粒狀。

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①金相組織分析。

金相即金相學，就是研究金屬或合金內部結構的科學，還研究當外界條件或內在因素改變時，對金屬或合金內部結構的影響，金相組織是反映金屬金相的具體形態。

圖6(b)和6(c)為表面存在的顆粒狀夾雜物能譜，圖6(d)為基體能譜。對圖6(a)中方框區域進行能譜分析，得知表面存在的顆粒狀夾雜物的主要成分是Si，Mn，Mg，Al四種元素，為典型的D類夾雜物。結合低倍和化學分析，夾雜物可能是先凝固金屬攜帶掉入拉力柱鋼錠的。

②斷口形貌分析。

在圖2(b)紅色方框所示位置取金相試樣，將試樣經磨制、拋光后，通過金相顯微鏡觀察，發現裂紋邊緣存在顆粒狀的夾雜物，如圖4(a)所示；再將試樣經4%硝酸酒精腐蝕后，用金相顯微鏡觀察發現，裂紋邊緣存在輕微的氧化脫碳現象，且裂紋表面極其圓滑，如圖4(b)所示。

⑵微觀分析。

第一，20世紀20年代之前，英美文學中陌生化的語言主要以描繪風景為主。在這一階段，作家在創作中開始接受并將陌生化藝術形式引入對田園生活的描述，其作用主要體現在對作品創作手法的襯托上。英美作家在作品中開始嘗試性地應用陌生化語言。

圖5為在自然風速5m/s時，相同噴霧條件下，輔助氣流速度對霧滴飄失率的影響。從圖5中可以看到：無輔助氣流時，霧滴飄移率在50%以上；有輔助氣流時，霧滴飄移率明顯減少。霧滴的飄移率隨著輔助氣流速度增大而減小。增大輔助氣流速度，增加流場向下氣流速，而且對周圍流場的影響范圍也相應增大，能夠脅迫更多和大粒徑霧滴向標靶運動。

綜上所述，黑龍江墾區的幾種石化產品使用量變動情況將在一定程度上對其未來低碳農業的發展速度產生一定的影響，所以如何降低以及控制碳源含量較高的農用生產資料的使用，成為后期墾區發展低碳農業要解決的首要問題。

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結論

通過對拉伸機拉力柱的低倍分析、化學分析、斷口分析、能譜分析及金相組織分析等，可以得出如下結論：

⑴低倍試片上的亮條帶與基體邊界明顯，形態與異金屬夾雜物缺陷形貌一致。通過化學分析發現，亮帶處成分各元素含量較基體成分略低，但均屬同一種材料，說明亮條帶是先凝固的金屬掉入同種材料鋼液中而形成的夾雜缺陷。

⑵通過掃描電鏡及能譜分析發現，裂紋表面存在大量的顆粒狀夾雜物，這說明鍛件中的裂紋缺陷是金屬邊界上布滿的夾雜物未與基體完全熔合形成的夾雜裂紋。