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失效分析定子盤開裂原因分析

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摘要：某汽車制動系統有限公司定子盤使用不到六個月即在焊接熱影響區部位發生開裂，采用金相分析、化學成分分析、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，母材組織變形嚴重，斷口表面氧化嚴重，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域及母材應力集中嚴重，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生開裂，其使用工況主要為：環境溫度小于100℃，無腐蝕介質，本體材料鋼板采用SUS304不銹鋼，KMS-308L不銹鋼焊絲，二氧化碳氣保焊進行焊接，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部位發生開裂，裂紋一直延伸至母材結束，為了找出定子盤開裂原因，筆者對其進行了失效分析。 21 理化檢驗 1.1宏觀分析圖1 是定子盤經無損檢測（PT）后的宏觀形貌，可見大部分裂紋均沿焊縫熔合線擴展至母材，斷口部位存在氧化現象。 1.2 金相檢驗在斷口處取樣，經研磨、拋光和腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察，其拋光態及顯微組織照片如下所示。斷口處的拋光態下發現母材和焊縫內均有氧化物類夾雜物，依據GB/T10561－2005評定級別均為D1。在未斷裂的熔合線處取樣，發現拋光態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，組織變形較嚴重，在高倍下觀察發現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。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果來看，定子盤母材的化學成分合格，所以可排除用錯材料可能。在非金屬夾雜物檢驗時發現斷口附近母材和焊縫夾雜物級別并不高，但卻在熔合線處發現較大的空洞和間隙，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，但母材組織變形嚴重，高倍下發現大量滑移線，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準值（標準值≤200HV），說明在這些部位應力集中嚴重。斷口電鏡掃描發現斷口呈現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，如果焊接部位存在缺陷和應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秀焊工施焊是保證產品質量的前提，另外，據廠家反映該定子盤在焊接結束后從來沒進行過無損檢測而直接進入下一道工序，這是產品的質量把關不嚴。定子盤開裂的原因有兩種，焊后質量檢驗把關不嚴是外因，焊接區存在缺陷、不銹鋼加工變形量較大引起材料脆性增加以及應力集中是內因。 3 結論與建議引起斷裂的主要因素是焊接區域及母材應力集中嚴重，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：焊接時提高焊接質量，焊接前后進行必要的熱處理，消除應力；焊接結束后進行無損檢測。聯系方式：上海寶冶工程技術有限公司肖澤鋒/項目部副總監上海市寶山區四元路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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