摘 要:某 Q345B鋼魚尾板鍛件發(fā)生橫向斷裂,采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、掃描電鏡分析、 力學(xué)性能測(cè)試、金相檢驗(yàn)等方法對(duì)魚尾板的斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:Q345B鋼中存在較多且 較大的非金屬夾雜物,導(dǎo)致魚尾板鍛件的沖擊能量顯著降低,嚴(yán)重影響了材料的韌性,當(dāng)受到外力 撞擊時(shí)魚尾板發(fā)生脆性斷裂。

關(guān)鍵詞:魚尾板鍛件;非金屬夾雜物;沖擊能量;脆性斷裂

中圖分類號(hào):TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1001-4012(2022)10-0058-03

塔式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱塔機(jī))是機(jī)械、航空、航天 等制造業(yè)不可缺少的重要設(shè)備[1],隨著我國(guó)各行業(yè) 基本建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)塔機(jī)的安全可靠性提 出了更高的要求。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)是塔機(jī)中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)之 一,其安全 性 和 穩(wěn) 定 性 關(guān) 系 到 整 個(gè) 塔 機(jī) 的 正 常 運(yùn) 行[2]。魚尾板作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的連接部件,要求其具有 優(yōu)良的力學(xué)性能和沖擊韌性。

某塔機(jī)在拆裝搬運(yùn)時(shí),其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上的魚尾板發(fā) 生橫向斷裂。為了查明斷裂原因,將斷裂的魚尾板 從標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上切割下來(lái),并對(duì)其進(jìn)行理化檢驗(yàn)。魚尾 板為模鍛成型,并進(jìn)行了正火處理,材料為 Q345B 鋼,魚 尾 板 外 形 尺 寸 (長(zhǎng) × 寬 × 高)為 550mm× 150mm×30mm。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

斷裂魚尾板鍛件的宏觀形貌如圖1所示,箭頭 指示為斷口。魚尾板鍛件整體未見到明顯的宏觀形 變,其沿橫截面完全斷裂,斷口面外形規(guī)則。

魚尾板斷口橫截面的宏觀形貌如圖2所示,斷 面與板的軸向垂直,斷口整體比較粗糙。斷口上半 部分有明顯的人字紋,人字紋的頂部指向左側(cè),說(shuō)明 斷裂是從左向右發(fā)展的;斷口下部邊緣有剪切邊,說(shuō) 明該處是最后斷裂的部位。綜合判斷,斷裂是從左 上角起始并向右、向下發(fā)展的。人字紋和剪切邊都位于斷口上,整個(gè)斷口未見塑性變形,說(shuō)明魚尾板斷 裂屬于脆性斷裂[3]。魚尾板斷口橫截面左側(cè)局部放 大的宏觀形貌如圖3所示,由圖3可以觀察到許多 閃點(diǎn),此外斷口上還可觀察到一些小裂口,如圖3中 箭頭指示。

1.2 掃描電鏡分析

采用掃描電鏡(SEM)分析斷口,斷裂源處SEM 形貌如圖4所示。由圖4可知:斷口較粗糙,無(wú)疲勞 斷裂的特征,也未見有早期裂紋的痕跡;有小塊區(qū)域 較其他部位平坦,是斷裂后磕碰造成的。圖4b)為 斷口磕碰區(qū)和未磕碰區(qū)相鄰處的局部放大圖像,發(fā) 現(xiàn)其以解理斷口和少量的沿晶斷口為主,有些地方 斷口有受壓的痕跡,是魚尾板受到磕碰的地方。

1.3 化學(xué)成分分析

在斷裂的 Q345B鋼魚尾板上取樣,采用直讀光 譜儀對(duì)魚 尾 板 的 材 料 進(jìn) 行 化 學(xué) 成 分 分 析,結(jié) 果 如 表1所示。由表1可知,其化學(xué)成分中碳元素的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)較標(biāo)準(zhǔn) GB/T1591—2008《低合金高強(qiáng)度結(jié) 構(gòu)鋼》要求偏高。

1.4 力學(xué)性能測(cè)試

在魚尾板鍛件長(zhǎng)度方向(縱向)截取拉伸試樣, 將其加工成直徑為8mm 的圓形截面試樣,其拉伸 試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知:測(cè)試結(jié)果符合 GB/T1591—2018對(duì)厚度為16~35mm 的 Q345B 鋼的要求。

在魚尾板鍛件長(zhǎng)度方向(縱向)上截取沖擊試 樣,試樣尺寸(長(zhǎng) × 寬 × 高)為 55 mm×10 mm× 10mm,V 型缺口深度為2mm,缺口的軸線垂直于 魚尾板的上下表面。魚尾板的試驗(yàn)溫度和沖擊吸收 能量如表3所示,由表3可知:魚尾板的沖擊吸收能 量明顯低于 GB/T1591—2018相關(guān)要求,而且沖擊 試樣呈結(jié)晶狀斷口,顆粒粗大,斷口基本沒有發(fā)生塑 性變形,呈顯著的脆性斷裂特征[4]。

1.5 金相檢驗(yàn)和能譜分析

在 Q345B鋼魚尾板上取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),結(jié)果 如圖5~6所示,由圖5~6可知:其組織為鐵素體+ 珠光體,這是 Q345B鋼的正常組織。檢查試樣的磨面時(shí),發(fā)現(xiàn)有許多黑色區(qū)域,分析可知為夾雜物,其 最大尺寸可達(dá)約1mm(見圖6)。

對(duì)夾雜物進(jìn)行 X射線能譜分析,結(jié)果如圖7所 示,由圖7 可知:夾雜物主要以 Si,Al,Ca,Na,Mn 等元素為主,屬于鋁硅酸鹽類夾雜物[5]。

2 綜合分析

該魚尾板的斷口分析結(jié)果表明:魚尾板斷裂屬 于瞬時(shí)脆性斷裂,該魚尾板斷口的微觀形貌為解理斷口,對(duì)夾雜物進(jìn)行 X 射線能譜分析,可知其屬于 鋁硅酸鹽類夾雜物。這些夾雜物的存在顯著降低了 鋼的韌性,破壞了鋼基體的均勻性和連續(xù)性,造成了 應(yīng)力集中,促進(jìn)了裂紋的產(chǎn)生,并加速了裂紋的擴(kuò) 展[6-7],因此當(dāng)受到外力沖擊時(shí)魚尾板發(fā)生了脆性 斷裂。

3 結(jié)語(yǔ)

斷裂魚尾板的沖擊吸收能量低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最 小值,其斷口的宏觀形貌十分平坦,并呈現(xiàn)出解理斷 口的微觀特征,屬于脆性斷裂。鋼中含有較多且較 大的非金屬夾雜物,降低了魚尾板的韌性。非金屬 夾雜物是沖擊吸收能量降低和脆性斷裂發(fā)生的主要 原因。

建議加強(qiáng)對(duì)魚尾板鍛件的質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)控,例 如進(jìn)行超聲波檢測(cè)等[8],并按原材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其 進(jìn)行沖擊性能的復(fù)檢。

參考文獻(xiàn):

[1] 田艷,王勝春,王月婷,等.基于 AR 模型的塔機(jī)結(jié)構(gòu) 損傷檢測(cè)研究[J].工程機(jī)械,2013,44(12):22-26.

[2] 王文浩,茍文選,劉世忠,等.三種工況下塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié) 受力分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].航空精密制造技術(shù),2016, 52(6):49-53.

[3] 孫智,江利,應(yīng) 鵬 展.失 效 分 析:基 礎(chǔ) 與 應(yīng) 用[M].北 京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[4] 李翼飛,朱斌,王春奕,等.20Mn2鋼棒低溫沖擊不合 格原因分析[J].物理測(cè)試,2021,39(3):53-56.

[5] 王權(quán),李春龍,趙莉萍.重軌鋼外來(lái)夾雜物特征的研究 [J].包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào),2002,21(1):31-34.

[6] 張國(guó)濱,寧玫,周欣欣.鋼中非金屬夾雜物分析[J].理 化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),2021,57(12):1-7,17.

[7] 郭曉靜,蘇崇濤.管線鋼沖擊斷口的顯微分析[J].理 化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),2021,57(12):44-48.

[8] 邊慧宇.Q345R鋼板中夾雜物超聲波檢測(cè)實(shí)踐[J].江 西冶金,2020,40(2):55-58.

<文章來(lái)源>材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 10期 (pp:58-60)>