某高架桥高强度螺栓断裂失效分析

高架桥用42CrMoA高强度双头螺栓在服役期间发生螺纹断裂现象,通过外观检查、化学成分分析及扫描电镜分析等手段,对其断裂原因进行了分析。结果表明,螺栓在冶炼过程中成分控制不严,在安装中质量不达标,紧固力不均匀或预紧力不足造成螺栓在螺纹处出现缝隙或间隙,在腐蚀环境下发生缝隙腐蚀。在闭塞腐蚀电池及应力集中作用下加速溶解金属基体,在缝隙腐蚀的阳极端部形成裂纹源。裂纹在腐蚀和疲劳的双重作用下,使裂纹不断向纵深扩展,直至螺栓断裂。安装质量不达标且冶炼工艺控制不严是引发螺栓断裂的关键因素。

钻铤螺纹断裂失效分析及结构改进措施

钻铤螺纹断裂是钻铤失效的主要原因,在整个钻铤失效中占比较大,根据螺纹断口分析,疲劳是导致螺纹联接失效的主要原因。分析了螺纹轴向载荷分布,使用Solidworks软件建立了钻铤NC50螺纹联接模型,用有限元法分析了各螺纹的静应力分布。应力槽可以很好地解决螺纹应力集中的问题,但是会大幅度减少钻铤的使用寿命。通过改进应力槽的结构,并使用有限元分析了各螺纹的应力分布,有效地降低螺纹应力集中,且可以延长钻铤使用寿命。针对内螺纹后孔结构的缺陷,改进了后孔的尺寸,提高了螺纹联接的强度。结果表明,改进后的钻铤螺纹自使用以来没有出现断裂事故,成功解决了钻铤疲劳断裂的难题。

汽车减振器活塞杆疲劳断裂失效分析

活塞杆出现疲劳断裂失效会降低汽车运行的平稳性,严重影响汽车行驶的安全性,因此对汽车减振器活塞杆疲劳断裂失效进行分析至关重要。利用光谱仪分析减振器活塞杆试件的化学成分,通过显微镜检测活塞杆表面的粗糙程度。对汽车减振器活塞杆疲劳断裂的形貌进行宏观、微观分析以及剖面金相分析,测试了减振器活塞杆的显微硬度、残余应力和气体氢含量。观察宏观形貌发现试件具有一定的脆性开裂特征。微观分析的能量谱表明试件中的Cr、Fe元素含量较高,导致试件表面脆性大,微观状态下呈现出二次裂纹。试件的剖面金相结构并无明显缺陷、主要区域的显微硬度满足要求,二者对疲劳断裂产生的影响较小。试件在淬火初期产生的残余应力偏高,近表面附近的气体氢含量明显高于心部位置。因此说明汽车减振器活塞杆出现疲劳断裂主要是由活塞杆表面脆性大、氢含量高和淬火裂纹引起的。

谐波减速器服役过程中柔轮断裂失效原因分析与工艺改进

通过显微组织的观察分析、断口形貌的观察和硬度测定,分析造成柔轮疲劳断裂失效的原因。结果表明,失效柔轮的显微组织为回火屈氏体,柔轮上存在较严重的3级带状组织。虽然存在MnS和Al2O3夹杂物引起的4.42μm微孔,但由于其尺寸和数量较小,不是导致其断裂的主要原因。样品的晶粒整体上较粗大,断口裂纹处晶粒更粗大且更不均匀,断口裂纹处的晶粒尺寸是远离断口晶粒的1.4倍。晶粒粗大使晶界面积减小,导致塑性变形不均匀,易产生应力集中,从而产生初生裂纹,同时也不利于阻碍裂纹的扩展,导致样品发生断裂失效。因此,原奥氏体晶粒粗大是导致柔轮疲劳断裂主要原因。可通过循环热处理或增加正火预处理,达到细化晶粒的作用。

某轻型客车钢板弹簧断裂失效原因分析

某轻型客车钢板弹簧在整车耐久试验过程中频繁出现断裂问题。文章通过断口宏观和微观分析、化学成分分析、硬度测试、金相组织检测分析,以及铣削台阶位置和板簧受力特征分析,确定了钢板弹簧断裂的根本原因并制定了改进措施,结合台架试验及整车道路试验进行了验证。结果显示,钢板弹簧卷耳两侧铣削范围过长,导致板簧簧片R角处存铣削台阶,使得此处应力集中进一步提高,导致钢板弹簧在此处断裂。减小钢板弹簧卷耳两侧铣削长度,问题得以解决。

过滤器连接螺栓断裂失效分析

某防喷器油路过滤器SCM435连接螺栓在使用过程中发生断裂,造成过滤器无法正常工作。为查找连接螺栓失效原因,采用金相显微镜、拉伸试验机、冲击试验机、显微硬度计、扫描电子显微镜和能谱仪等测试手段,研究断裂和未断裂螺栓的显微组织、化学成分、硬度、力学性能和断口形貌。结果表明:断裂和未断裂螺栓的组织均为回火索氏体和铁素体,断裂螺栓夹杂物较多,碳含量偏高,断裂螺栓的硬度和力学性能均低于未断裂螺栓。断裂螺栓断口在平行和斜45°的两个断面,表现为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂形式,断裂源起源于内部。可见断裂螺栓是由于内部的碳化物等脆性相的不均匀分布,在持续外力作用下,优先形成裂纹源,随着裂纹的扩展而导致螺栓最终断裂。

汽车管件连接螺母断裂失效分析及工艺改进

汽车管件连接螺母在汽车上起到管件连接、紧固和密封等作用,广泛应用在汽车的供油、供水、供气等相关系统中,对汽车各系统的正常运行和行驶安全起到重要作用。然而,在汽车行驶过程中,管件连接螺母容易受到高温、高压、震动等恶劣环境的影响,导致松动、渗漏、疲劳裂纹、断裂等故障,对汽车质量和驾乘人员安全造成较大影响。通过使用扫描电镜、硬度计、工业CT等设备对断裂失效的管件连接螺母进行全面分析,找出了断裂的根本原因,并确定了存在问题的工艺参数。最后,对汽车管件连接螺母的成型工艺参数进行了优化,有效避免了由于微裂纹产生而导致的失效,提升了管件连接螺母的质量,保障了驾乘人员的安全。本研究对于分析螺母类零件断裂失效原因并解决实际问题具有指导意义。

煤矿提升机钢丝绳断裂失效分析及有限元模拟

表面磨损是提升机钢丝绳断裂失效的主要原因。了解磨损痕迹对钢丝绳失效和力学性能的影响是保证多层提升机安全的有效途径。通过断裂拉伸试验,研究了具有不同磨损痕迹的钢丝绳的断裂失效特征,获得并分析了磨痕区域的温升情况。采用有限元方法模拟了受拉伸载荷作用的磨损股的力学性能。结果表明,磨痕区发生了塑性变形和明显的温升。断裂拉伸试验过程中的温升曲线可以反映断裂丝的数量和顺序。磨损的外层钢丝比内层钢丝先断裂,具有不规则磨痕的钢丝总是在磨损深度最大的位置沿滑动磨损方向断裂。研究成果为提升机钢丝绳结构安全研究提供依据。

车用6082铝合金型材断裂失效行为研究

基于Gissmo损伤失效模型,采用数值参数反方法得到车用6082铝合金材料的失效参数,并设计铝合金防撞梁准静态三点弯曲试验验证6082铝合金Gissmo损伤失效模型的合理性。通过准静态单轴拉伸试验,得到6082材料的硬化曲线,并采用Swift-Hockett-Sherby(SHS)准则对硬化曲线进行外推;开展不同应力状态下的准静态试验(剪切、单轴拉伸、中心孔、缺口、三点弯曲、杯突),并采用仿真结合试验的数值反求得到Gissmo失效参数;设计6082铝合金防撞梁的准静态三点弯曲试验,验证6082材料失效参数的合理性。结果表明,本研究中提出的参数反求得到的6082铝合金Gissmo损伤失效模型(含硬化曲线、失效应变曲线、失稳曲线、单元尺寸正则化曲线)可以较好地预测防撞梁材料的失效行为。

基于三维RVE模型的颗粒增强粘接接头断裂失效分析

开展了颗粒增强粘接接头的双悬臂梁试验,标定了其颗粒增强粘接层的Ⅰ型断裂能。建立了颗粒增强粘接接头的三维代表性体积单元有限元模型,研究了粘接层厚度、颗粒粒径和颗粒体积分数3种粘接层结构参数对接头强度的影响规律,探讨了颗粒增强粘接接头的断裂失效机理。结果表明,在粘接剂中加入一定量的颗粒增强了粘接接头的力学性能,其峰值载荷随粘接层结构参数的增加呈现出先增大后减小的趋势,且在粘接层厚度为0.5 mm、颗粒粒径Φ60μm、颗粒体积分数4%时达到最大值;颗粒的存在改变了裂纹的扩展路径,提高了接头的失效断裂能,进而提高了接头的力学性能。

法兰连接螺栓断裂失效分析及对策

某含硫集气站一进站流程双金属温度计法兰连接螺栓断裂,对站场安全生产造成影响,通过化学成分分析、腐蚀产物能谱分析、力学性能测试、断口形貌分析等检验方法对其失效原因进行分析,结果表明:螺栓的腐蚀断裂是由于阀门泄漏,含H2S天然气与螺栓接触后,在H2S环境下,螺栓发生了均匀腐蚀,在应力和硫化物耦合的作用下,螺栓发生了脆性断裂。针对螺栓腐蚀断裂的影响因素提出了具体对策。

焊接后轴总成断裂失效分析

送检某型号后轴总成由轴管和后轴颈焊接而成,轴管材质为Q345,后轴颈材质为42CrMo,在使用过程中焊缝处发生断裂。对该失效样品采用化学成分、宏观断口分析、维氏硬度、金相检验、非金属夹杂物分析以及扫描电镜等分析手段,对其断裂原因进行了综合评定。结果表明,样品为在一定弯曲应力作用下,裂纹在焊趾处萌生并扩展3~4mm后停顿,当外力超过一定值时裂纹继续扩展,导致一次性过载断裂。

加氢循环压缩机活塞杆断裂失效分析

加氢循环压缩机是加氢装置中关键的动力设备,加氢循环氢压缩机运行过程中最容易出现的故障是活塞杆断裂,而其断裂原因往往各不相同,针对不同情况下活塞杆的失效原因,避免其失效对加氢装置机组的安全运行具有重要意义。针对某氢循环压缩机活塞杆发生断裂失效问题,通过对断裂后的活塞杆进行宏观和微观组织形貌观察、化学成分分析、金相组织分析、断面硬度测试,研究活塞杆断裂失效的原因。结果表明:活塞杆组织成分符合标准,断口无疲劳断裂的典型特征和应力腐蚀断裂的典型特征,而是由于氢渗入金属内部引起的氢致破坏断裂。

高强双相钢动态力学及断裂失效行为表征

先进高强钢的应用是实现汽车轻量化的重要途径之一,而材料力学性能断裂模型的精准表征能够有效提升整车碰撞安全仿真精度。以车身部件常用材料HC340/590DP钢作为研究对象,通过材料动态力学性能测试及本构方程拟合,描述了应变速率对HC340/590DP钢力学行为的影响,采用DIC+CAE技术,对静态拉伸、R5和R20缺口拉伸、中心孔拉伸、剪切拉伸以及拉剪拉伸6种典型应力状态下的断裂应变和应力三轴度进行测试分析,分析了该钢种的断裂形态,建立了HC340/590DP钢的断裂失效模型,并通过有限元对标计算和试样拉伸实测值的对比,验证了模型的准确性。结果表明:HC340/590DP钢具有明显的应变速率敏感性,随着应变速率的提高,材料的屈服强度和抗拉强度均随之增加;试验测得的不同应力状态下试样断裂模式及力-位移曲线均与数值仿真结果高度吻合,表明建立的材料模型适合用于工程仿真,能够对HC340/590DP钢在复杂应力状态下的断裂失效行为进行预测。

残余奥氏体对双相钢断裂失效性能的影响

选取传统高强度双相钢HC420/780DPD+Z和与其化学成分相同、组织存在一定量残余奥氏体差异的HC440/780DHD+Z为研究对象,研究了残余奥氏体对高强度双相钢断裂失效性能的影响。设计了5种表征不同断裂失效状态的试样,测试获得各试样的临界断裂应变和力-位移曲线;采用有限元法搭建了试样模型,并对比了试验和仿真关键参数误差,验证了模型的准确性。通过模型获取了各试样断裂单元的应力三轴度和临界断裂应变;基于MMC断裂失效模型拟合获得断裂失效曲线;采用90°V型弯曲试验和仿真对比分析验证了断裂失效曲线的准确性。结果表明,残余奥氏体组织加入后,高强度双相钢的抗拉强度基本保持不变,断后伸长率、强塑积和应变硬化指数明显提升;断裂失效性能明显提升,相同应力三轴度的极限断裂失效应变明显提高;90°V型弯曲模型获取的临界塑性应变与断裂失效曲线提取的数值一致,表明所获得的断裂失效曲线是可靠的;在基体组织中引入一定量的残余奥氏体组织有助于提升高强度双相钢碰撞过程中的承载吸能特性。

造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴断裂失效分析

某聚丙烯挤压造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴运行过程中发生断裂,通过断口分析、理化检验和强度校核,探究了该齿轮轴断裂失效的原因。结果表明,由于对应螺杆轴断裂造成瞬时冲击,导致该齿轮轴出现早期微动撕裂缺陷;在转矩和弯矩的复合交变载荷作用下,萌生早期裂纹并沿轴颈处扩展;当齿轮轴的有效承载面积减小到无法承受正常工作产生的扭转力矩时,齿轮轴发生断裂。另外,齿轮轴颈退刀槽处易形成应力集中,也是开裂的诱因之一。

连杆断裂失效分析及锻造折叠缺陷控制研究

目的确定连杆断裂失效模式、机理和原因,找到有效预防连杆锻造缺陷的措施。方法针对连杆断裂失效问题,在对连杆合格件和故障件进行符合性对比试验分析的基础上,对故障件进行断裂失效模式、机理和原因分析,并对连杆锻造折叠缺陷产生类型、机理、原因、条件和时段进行分析。结果只有在连杆制坯坯料形状与尺寸不合理、制坯坯料在预锻模膛中位置不合理、预锻形状与尺寸不合理、预锻成形打击力或变形速度不合理、终锻形状与尺寸不合理、锻模导向功能失效等多种极端不利因素同时存在的条件下,才具有产生复合型锻造折叠缺陷的可能性。结论通过连杆锻造过程控制和锻造首锻控制,可有效预防锻造折叠缺陷产生,满足锻件高优质性、高可靠性和高有效性要求。

中空铜纳米线的拉伸断裂分布与初始滑移分布的关系

构建了系列球形中空结构的纳米线(NW),采用分子动力学(MD)对每个模型300个不同初始态的样本开展拉伸形变模拟。并利用基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)机器学习算法,获得了初始滑移面的位置。基于大数据统计,分析了初始滑移位置分布以及断裂位置分布两者之间的相关性。研究结果表明:当内部中空半径较小时,断裂位置分布形成于塑性形变阶段,初始滑移分布与断裂位置分布之间无显著的相关性;但是对于脆性特征明显的大中空半径的NW,高能内表面诱导产生的滑移面迅速积累,产生颈缩并导致最终的断裂。因此当内部中空结构达到一定尺寸时初始滑移位置的分布与最终断裂位置的分布之间有明确的因果关系。

YT28凿岩机棘轮爪断裂失效分析

对矿山返回的YT28凿岩机棘轮爪断裂件做理化检测,结果表明棘轮爪的材质、硬度(表面及心部)和渗碳有效硬化层深度均符合热处理技术要求,但在金相组织中出现了严重沿晶界分布的网状碳化物,是导致棘轮爪在使用过程中产生早期断裂的主要原因。

柴油机进气门断裂失效分析及改进措施

某型柴油机在热冲击耐久试验中进气门盘部断裂失效,根据该失效模式建立系统化鱼骨图分析模型。通过分析进气门失效过程,计算评价其设计可靠性;确认了进气门失效的根本原因为进气门设计强度不足,进气门座圈磨损漏气导致进气门受高温偏载作用。通过优化进气门设计,以及与座圈的匹配应用,解决了进气门盘部断裂失效的问题。