液压扳手驱动板的断裂实效分析

陈笑 · 发表于 2019-7-15 10:05:33

1.切取液压扳手驱动板完好部分试样,打磨后用 PDAＧ７０００型光电发射光谱仪和 TCHＧ６００型氧氮氢联测分析仪分别进行化学成分和氧、氮元素含量分析,结果如表１所示.根据实测化学成分,查阅相关标准,初步判断其材料为超高强度１８Ni系列马氏体时效钢,牌号为 X２NiCoMo１８Ｇ８Ｇ５(BSEN３５２８: ２０１３)[４]. １．３硬度在液压扳手驱动板断口附近部位取样,使用 Tukon２５００型维氏硬度计测其硬度,载荷４９N,保载时间１１s,测得硬度分别为５４９,５５２,５４９,５４８, ５４６,５４８,５５６HV.可见,驱动板断口附近部位的硬度在５４９~５５６HV,平均值为５５０HV,符合BSEN ３５２８:２０１３标准的相关规定,即 X２NiCoMo１８Ｇ８Ｇ５马氏体时效钢的维氏硬度值应在５１０~６００HV.

2.沿图１所示的虚线进行切割制备断口分析试样.由图２可以看出,裂纹源靠近图１中 D 处位置,扩展区面积较小,瞬断区的面积较大,剪切唇位于图左上角,呈灰白色. 用 Evo１８型扫描电子显微镜(SEM)对断口各特征区域进行观察,结果如图３所示.由图３(a)可以看出:裂纹源区有明显的发散状条纹,中间有一条明显的撕裂棱,这说明驱动板在断裂过程中存在较大的应力集中[５];裂纹源区未见明显夹杂物,可见疲劳裂纹并非由夹杂物所致,裂纹源位于图１中 D 处附近.由图３(b)~(d)可见:靠近裂纹源的扩展区中隐隐可见细小的疲劳辉纹;扩展区中部多处出现二次裂纹,存在明显的准解理特征,未见疲劳辉纹特征,这是因为该处位于疲劳裂纹扩展的第Ⅰ阶段[６]; 邻近瞬断区的扩展区中可见明显的疲劳辉纹[７],其法线方向与裂纹扩展方向一致,与靠近裂纹源的扩展区相比,疲劳辉纹更加明显.由图３(e)可见:上、下部分显微组织有明显差异,此处为疲劳断裂扩展区与瞬断区的分界区;上部分显微组织放大后如图３(d)所示,具有明显的疲劳条纹特征;下部分如图３ (f)所示,呈韧窝特征,此处为瞬断区[８].

3.显微组织和夹杂物分别在液压扳手驱动板正常部位及断口附近部位截取金相试样,按照 GB/T１０５６１－２００５进行夹杂物评级.正常部位检测结果为 B１TiN级;断口附近部位检测结果为 D０．５TiN 级.BSEN３５２８:２０１３标准没有对夹杂物作出规定,而国内相似牌号钢种的产品标准 GJB６４８０－２００８要求 B类夹杂及 D 类夹杂合格级别均不大于２级.由此可见,该液压扳手驱动板夹杂物级别均满足标准要求,驱动板的洁净度较好.用 AxioImagerZ１m 型光学显微镜观察正常部位及断口附近部位的显微组织.由图４可见,驱动板正常部位和断口附近部位的显微组织均为马氏体＋少量残余奥氏体,无明显差异.根据液压扳手驱动板的尺寸和工况,利用 Abaqus 软件建立驱动板应力分析有限元模型,如图５所示.选用的分析步类型为StaticGeneral,试验钢的密度为７８５０kg

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