液压扳手驱动板的断裂实效分析

  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