多因素聯(lián)合分析在注塑機(jī)拉桿失效分析中的應(yīng)用

崔朝宇,李志宏（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,廣東　佛山　528300）

多因素聯(lián)合分析在注塑機(jī)拉桿失效分析中的應(yīng)用

崔朝宇,李志宏
（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,廣東佛山528300）

摘要：多因素聯(lián)合分析是指在失效分析中宏觀分析、顯微分析、疲勞斷裂分析等在一例失效分析中聯(lián)合應(yīng)用[1]，這樣可以通過(guò)不同分析角度來(lái)獲得相應(yīng)的實(shí)效信息。從而依據(jù)真實(shí)、有效、合理、多角度的信息來(lái)推測(cè)零件實(shí)效的最真實(shí)原因。本文以注塑機(jī)中易斷裂的拉桿作為失效分析的對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的分析，來(lái)印證多因素聯(lián)合實(shí)效分析在實(shí)例中的應(yīng)用[2]。

關(guān)鍵詞：多因素聯(lián)合分析;注塑機(jī)拉桿;失效分析

1　檢測(cè)樣品情況及斷口宏觀分析

檢測(cè)樣品為注塑機(jī)拉桿，送檢時(shí)樣品斷裂，據(jù)使用方提供的信息：樣品制造材料為40Cr。樣品外形及斷裂情況如圖1所示。為分析產(chǎn)品開(kāi)裂原因，本報(bào)告對(duì)樣品的材料成分、硬度、顯微組織等項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)。

檢測(cè)樣品的斷口宏觀形貌如圖1所示：斷口整體較為平整，分為明顯的四個(gè)區(qū)域。1號(hào)區(qū)域?yàn)楣饣瑓^(qū)，斷口凹陷狀加平整狀，看不到明顯塑性變形痕跡，但可見(jiàn)多條“沙灘條紋”的特征線，約占斷口三分之一；2號(hào)區(qū)域過(guò)渡區(qū)，斷口平整，呈瓷狀特征，約占五分之三；3號(hào)區(qū)域位于邊緣，呈撕裂狀，有塑性變形的特征；4號(hào)區(qū)域呈臺(tái)階狀，有塑性變形痕跡。

進(jìn)一步觀察表明，1號(hào)區(qū)域的沙灘條紋是典型的宏觀疲勞斷口特征，1號(hào)區(qū)域是疲勞源區(qū)，2號(hào)區(qū)域是疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，3號(hào)和4號(hào)區(qū)域是最終破斷區(qū)。

2　樣品化學(xué)成分分析及硬度檢測(cè)

（1）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》40Cr的化學(xué)成分應(yīng)符合表1。

本次檢測(cè)樣品取樣經(jīng)直讀光譜儀檢驗(yàn)，化學(xué)成分符合表1的范圍，結(jié)果如表2所示。

表2　檢測(cè)樣品化學(xué)成分

（2）測(cè)試樣品的硬度指標(biāo)可間接反應(yīng)熱處理工藝是否符合要求，在樣品開(kāi)裂處向縱向圓心依次均勻的取5個(gè)點(diǎn)測(cè)其硬度。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　檢測(cè)樣品硬度結(jié)果

3　顯微組織檢測(cè)

3.1宏觀低倍組織

低倍酸浸試驗(yàn)的宏觀組織檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。導(dǎo)柱宏觀組織未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，在導(dǎo)柱側(cè)也未能看到明顯的宏觀缺陷。

圖2　低倍酸浸試驗(yàn)宏觀組織圖

3.2非金屬夾雜物形貌

夾雜物樣品取自圖1所示的1、2、4部位。1、2部位其夾雜整體量比較少，尚未發(fā)現(xiàn)大尺寸夾雜物，也無(wú)明顯的材料缺陷。在4號(hào)部位鄰近開(kāi)裂側(cè)，可觀察到大量分布密集的夾雜物。

圖3　標(biāo)號(hào)1部位樣品夾雜物100×（左）圖4　標(biāo)號(hào)2部位樣品夾雜物100×（右）

3.3顯微組織形貌

顯微組織樣品取樣部位同上為1、2、4部位，其金相組織為回火索氏體+少量針狀鐵素體，其金相組織屬正常調(diào)質(zhì)態(tài)，未觀察到異常組織。

4　結(jié)果分析

圖5　標(biāo)號(hào)4部位樣品夾雜物100×

經(jīng)化學(xué)成分分析，樣品材料符合40Cr的成分要求。最終產(chǎn)品的硬度整體較為均勻。

樣品最終熱處理顯微組織為回火索氏體+少量游離針狀鐵素體。符合調(diào)質(zhì)組織要求。

觀察表明,圖2中標(biāo)號(hào)1的位置有斷裂源位置的特征。附近可以觀察到較為明顯的海灘條紋，且其斷面較為光滑，呈典型的宏觀疲勞斷口特征。其原因應(yīng)為裂紋出現(xiàn)后繼續(xù)承受拉壓應(yīng)力，反復(fù)磨合所致。標(biāo)號(hào)4的位置發(fā)現(xiàn)大量非金屬夾雜物，同樣具備裂紋源特征。故可確定樣品斷裂形式為多源疲勞斷裂。3位置斷面呈現(xiàn)擠出脊，應(yīng)為最后的瞬斷位置。因瞬斷面積極小，可以斷定導(dǎo)柱的最終斷裂是在較低的應(yīng)力下突然斷裂，從而排除了斷裂原因是過(guò)載。

圖6　標(biāo)號(hào)1部位樣品顯微組織500×（左）圖7　標(biāo)號(hào)2部位樣品顯微組織500×（右）

圖8　標(biāo)號(hào)4部位樣品顯微組織500×

5　結(jié)語(yǔ)

（1）從斷口形貌判斷，樣品斷裂方式為疲勞斷裂。（2）從斷口組織特征分析，樣品部分位置存在大量非金屬夾雜物，為可疑斷裂源。結(jié)合斷口形貌宏觀分析，樣品斷裂源具有多源特征。（3）從斷口形貌和組織綜合判斷，引起樣品斷裂的主要斷裂源應(yīng)不在非金屬夾雜物區(qū)域，最大可能來(lái)源于非材料因素，如裝配不當(dāng)、初始損傷等。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳寶榕.金屬零件斷裂失效分析[D].金屬材料與熱加工工藝,1982.

[2]史書山.金屬零件疲勞原因分析及提高抗疲勞強(qiáng)度的措施[D].水利電力機(jī)械,2004.

作者簡(jiǎn)介：崔朝宇(1983-)，男，廣東順德人，工學(xué)碩士。