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失效分析定子盤開裂原因分析

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摘要：某汽車制動系統(tǒng)有限公司定子盤使用不到六個月即在焊接熱影響區(qū)部位發(fā)生開裂，采用金相分析、化學(xué)成分分析、硬度測試及斷口分析等方法對該定子盤斷裂原因進(jìn)行了分析。該定子盤熔合線處存在較大的空洞和間隙，母材組織變形嚴(yán)重，斷口表面氧化嚴(yán)重，斷口上可見明顯的貝殼紋特征和疲勞輝紋特征，引起斷裂的主要因素是焊接區(qū)域及母材應(yīng)力集中嚴(yán)重，加上焊接與母材熔合不良，并且定子盤在使用過程中承受扭力，最終造成了開裂。某汽車定子盤在運行過程中發(fā)生開裂，其使用工況主要為：環(huán)境溫度小于100℃，無腐蝕介質(zhì)，本體材料鋼板采用SUS304不銹鋼，KMS-308L不銹鋼焊絲，二氧化碳?xì)獗：高M(jìn)行焊接，焊接角采用20＃鋼，屬于異種鋼焊接，焊接電流340A，使用過程中承受扭矩小于2400N·m，該定子盤使用不到六個月后在焊接熱影響區(qū)部位發(fā)生開裂，裂紋一直延伸至母材結(jié)束，為了找出定子盤開裂原因，筆者對其進(jìn)行了失效分析。 21 理化檢驗 1.1宏觀分析圖1 是定子盤經(jīng)無損檢測（PT）后的宏觀形貌，可見大部分裂紋均沿焊縫熔合線擴(kuò)展至母材，斷口部位存在氧化現(xiàn)象。 1.2 金相檢驗在斷口處取樣，經(jīng)研磨、拋光和腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察，其拋光態(tài)及顯微組織照片如下所示。斷口處的拋光態(tài)下發(fā)現(xiàn)母材和焊縫內(nèi)均有氧化物類夾雜物，依據(jù)GB/T10561－2005評定級別均為D1。在未斷裂的熔合線處取樣，發(fā)現(xiàn)拋光態(tài)下存在較大的空洞和帶狀間隙，見圖3，說明焊接熔合不好。斷口附近母材組織為奧氏體＋帶狀分布的鐵素體，組織變形較嚴(yán)重，在高倍下觀察發(fā)現(xiàn)奧氏體組織存在較多的滑移線，見圖4。圖5為延伸至母材的裂紋尖端形貌，裂紋為穿晶性質(zhì)。焊縫組織為奧氏體＋鐵素體[2]，見圖6。 2 綜合分析從理化檢驗結(jié)果來看，定子盤母材的化學(xué)成分合格，所以可排除用錯材料可能。在非金屬夾雜物檢驗時發(fā)現(xiàn)斷口附近母材和焊縫夾雜物級別并不高，但卻在熔合線處發(fā)現(xiàn)較大的空洞和間隙，這說明焊接時焊縫與母材熔合不好，這些缺陷的存在很容易引起微裂紋的開啟[3]。從金相檢驗看，焊縫組織基本正常，但母材組織變形嚴(yán)重，高倍下發(fā)現(xiàn)大量滑移線，這很可能是加工變形引起的，而加工變形必然會引起加工硬化，脆性增加，一旦裂紋開啟，將迅速斷裂，這在硬度試驗中得到了印證。在硬度試驗中，變形部位母材、焊縫附近母材以及斷口附近焊縫硬度值均超標(biāo)準(zhǔn)值（標(biāo)準(zhǔn)值≤200HV），說明在這些部位應(yīng)力集中嚴(yán)重。斷口電鏡掃描發(fā)現(xiàn)斷口呈現(xiàn)貝殼紋和疲勞輝紋特征，說明該斷裂屬于疲勞斷裂。定子盤在使用過程中由傳動桿帶動不斷的旋轉(zhuǎn)，如果焊接部位存在缺陷和應(yīng)力集中很容易造成開裂，所以制定好良好的焊接工藝以及選用優(yōu)秀焊工施焊是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，另外，據(jù)廠家反映該定子盤在焊接結(jié)束后從來沒進(jìn)行過無損檢測而直接進(jìn)入下一道工序，這是產(chǎn)品的質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)。定子盤開裂的原因有兩種，焊后質(zhì)量檢驗把關(guān)不嚴(yán)是外因，焊接區(qū)存在缺陷、不銹鋼加工變形量較大引起材料脆性增加以及應(yīng)力集中是內(nèi)因。 3 結(jié)論與建議引起斷裂的主要因素是焊接區(qū)域及母材應(yīng)力集中嚴(yán)重，加上焊接與母材熔合不良，并且使用過程中承受扭力，從而造成了疲勞斷裂。建議：焊接時提高焊接質(zhì)量，焊接前后進(jìn)行必要的熱處理，消除應(yīng)力；焊接結(jié)束后進(jìn)行無損檢測。聯(lián)系方式：上海寶冶工程技術(shù)有限公司肖澤鋒/項目部副總監(jiān) 上海市寶山區(qū)四元路168號4號樓, 郵編200941 Tel:021-56935006 Fax:021-56925012 Mobile:13601887469 Web site:http://www.fangjianwang.com/ http://www.cn-sst.com http://www.bqt.sh.cn/

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