某鑄件吊耳開裂失效分析

牛步釗，王杰

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1 概述

某鑄件吊耳在壓裝襯套過程中，發(fā)現(xiàn)有1件開裂。如圖1所示。

圖1 開裂件外觀

來說，即開裂位置位于鑄件吊耳處，孔和襯套為過盈配合（孔和襯套尺寸均合格），開裂件外觀可看到明顯痕跡。

2 失效分析

2.1 磁粉探傷分析

按照EN1369標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)開裂件及完好件進(jìn)行磁粉探傷。開裂件的開裂部位吸磁較為明顯，在熒光下呈白亮色，其他部位未見明顯條帶狀顯示，有點(diǎn)狀顯示；完好件表面未見裂紋，有點(diǎn)狀顯示，點(diǎn)狀顯示為鑄造疏松。其中，磁粉探傷開裂件如圖2所示；磁粉探傷完好件如圖3所示。

圖2 磁粉探傷開裂件

圖3 磁粉探傷完好件

2.2 宏觀斷口分析

對(duì)開裂件開裂部位人工打開，在顯微鏡下觀察其宏觀形貌，具體如圖4所示。

圖4 開裂件宏觀斷口

從圖4開裂件宏觀斷口可以看出：開裂件斷口的斷面邊緣呈鐵灰色，內(nèi)部呈鐵銹色，邊緣呈圓角形貌，較為光滑，斷面上有石狀結(jié)晶，中間鐵銹色為熔合區(qū)，在安裝時(shí)形成過載斷裂，熔合區(qū)約占整個(gè)斷口的1/2。

2.3 微觀斷口分析

現(xiàn)對(duì)開裂件進(jìn)行掃描電鏡微觀斷口分析，具體分析圖片如圖5、圖6所示。

圖5 開裂微觀斷口分析圖

圖6 人工打斷斷口微觀分析

圖5 、圖6顯示了開裂件及人工打斷斷口微觀形貌特征。從中可看出：斷口微觀形貌較為復(fù)雜，邊緣氧化較為嚴(yán)重，部分?jǐn)嗫诔誓酄罨?，熔合區(qū)部位呈準(zhǔn)解理+解理+淺韌窩，圓點(diǎn)為球狀石墨，開裂件人工打斷斷口為韌窩特征。

2.4 顯微組織分析

對(duì)開裂件斷口處和完好件取樣，腐蝕劑選用4%硝酸酒精溶液，試樣制備依據(jù)GB/T13298進(jìn)行，對(duì)制好的試樣進(jìn)行金相分析，具體分析結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 開裂件顯微組織

圖8 完好件顯微組織

圖7 、圖8顯示了開裂件及完好件顯微組織特征。依據(jù)GB/T9441-2009《球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)》開裂件球化率為3級(jí)，石墨大小為7級(jí)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求球化率不低于4級(jí)，石墨大小等級(jí)6～8級(jí)要求，斷口內(nèi)部存在微裂紋，球狀石墨周圍為白色鐵素體呈牛眼狀，牛眼狀球狀石墨周圍為珠光體，部分組織呈共晶萊氏體；完好件球化率為3級(jí)，石墨大小為6級(jí)，顯微組織為牛眼狀石墨和珠光體組織。開裂件及完好件均未見過熱、過燒現(xiàn)象。

2.5 性能驗(yàn)證分析

對(duì)開裂件和完好件力學(xué)性能驗(yàn)證，具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 力學(xué)性能

完好件與開裂件相差27HBW，強(qiáng)度相差51MPa，抗拉強(qiáng)度和伸長率均滿足標(biāo)準(zhǔn)值要求。

3 失效結(jié)果

從磁粉探傷結(jié)果來看，除開裂處顯影明顯外，其余均為疏松及皮下氣泡等鑄造缺陷；斷口邊緣呈光滑圓角，開裂件未熔合部分約占整個(gè)斷口的1/2，斷面均呈光滑圓角形貌，未熔合區(qū)域約占整個(gè)斷面的3/4；微觀斷口較為復(fù)雜，斷面未熔合區(qū)氧化較為嚴(yán)重，斷面瞬斷區(qū)呈準(zhǔn)解理、解理和韌窩形貌；顯微組織球化率和石墨球大小滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；開裂件及完好件抗拉強(qiáng)度和伸長率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從開裂件宏觀斷口和微觀斷口分析，開裂件符合鑄造冷隔缺陷特征：形狀呈液體流動(dòng)時(shí)的形狀，單挑光滑、邊緣呈圓角。通過詢問其鑄造工藝，每爐鐵水需要澆鑄256個(gè)產(chǎn)品，當(dāng)最后一個(gè)產(chǎn)品時(shí)，鐵水的流動(dòng)性變差，鑄件吊耳為整個(gè)鑄件截面最薄處，造成兩股金屬液未完全熔合而存在明顯的不連續(xù)性缺陷。在裝配時(shí)，由于襯套的持續(xù)壓入，造成最終開裂。

4 結(jié)語

綜上所述，該鑄件在壓裝襯套過程中吊耳開裂原因?yàn)殍T件存在冷隔缺陷。建議后續(xù)對(duì)現(xiàn)有鑄造工藝進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)；對(duì)鑄造后的產(chǎn)品進(jìn)行100%磁粉探傷，以剔除缺陷產(chǎn)品。