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失效分析应用实例(加分交流)

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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2009-7-4 11:01:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
北京中仪天信科技有限公司
引起零件失效的热处理缺陷种类很多,比如裂纹、变形、组织不合格、性能不合格、脆性、其他化学热处理缺陷和真空热处理缺陷等;产生热处理缺陷的原因也很多,比如在热处理前产生、热处理中产生、热处理后产生。
为了避免和防止类似热处理缺陷的产生,充分发挥材料潜力,提高产品质量,延长使用寿命,同时也为了方便更多的人能更好地借鉴参考,请论坛各位同仁参考以下格式发贴相互交流!
格式如下:
概况】:
【原因分析】:
【改进措施】:
【试验及验证】:(可有可无)
【结论】:
【备注】:(可有可无)

[ 本帖最后由 风来疏竹 于 2009-7-13 20:27 编辑 ]

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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2009-7-4 11:01:38 | 显示全部楼层
O(∩_∩)O哈哈~,沙发是我的啦
guizhou5203344 于 2012-6-13 21:26 使用 抢沙发 抢夺本帖沙发

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发表于 2009-7-4 11:41:30 | 显示全部楼层

40Mn2.35CrMo 等裂纹

【概况】:直径25--50mm销轴表面淬火端部出现弧型裂纹现象偶有发生.
【原因分析】:主要原因:为抢工时而加大设备输出功率造成温度过高及端部过热.次要原因:未倒角或倒角太小.
【改进措施】:严格热处理工艺纪律.机加工严格按图纸要求加工

【结论】:完全避免了此类质量问题的发生.

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发表于 2009-7-4 14:11:26 | 显示全部楼层

再举一实例:Cr12冲裁模早期开裂

【概况】:Cr12冲裁模加工零件时加工首件即开裂.硬度检查HRC58--62.
【原因分析】:先前认为硬度过高.或回火不足.后重回检查硬度HRC54--58..此时即知晓该零件用的''高淬高回''工艺.取其中一件试用.仅加工1000余件便出现裂纹.且磨损严重.
【改进措施】:其余件返工.960度淬火.260 度回火.实际硬度HRC59--61
【试验及验证】:也采取过不同的回火温度进行试验.硬度低明显磨损快.
【结论】:后一直沿用该工艺.模具在不返修的情况下.可达10000冲次以上.失效形式为磨损
【备注】:近几年因产品转为外加工.再未生产同类模具.未对两种工艺处理后模具做冲击功试验.甚为遗憾!

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[LV.2]偶尔看看I

 楼主| 发表于 2009-7-4 16:12:13 | 显示全部楼层
45钢渣浆泵主轴早期疲劳断裂分析:
【概况】:发电厂用渣浆泵主轴,材料45钢,结构为阶梯轴,输出端为T形螺纹,螺纹底部直径100mm,断裂发生在轴与叶轮配合处,即螺纹第一级螺旋根部。泵输送物料介质为水煤浆,煤浆粒度60,固液比0.4:1,泵设计扬程10m,转速900r/min。服役现场渣浆泵布置属于2级串联工作。泵轴安装运行后不足24h发生断裂,服役时间短尚属罕见。
【原因分析】:
1、化学成分分析:断轴处取样,分析结果如下:C:0.44  Si:0.30  Mn:0.71  P:0.019  S:0.021  符合GB/T699要求。
2、金相显微组织分析:组织为铁素体+珠光体,珠光体晶粒度为4级,组织中有少量魏氏组织。
3、宏观断口分析:宏观上发现主断口断面平齐,与断轴主线垂直,多裂纹源特征,从断口形态和裂纹走向确定为多向弯曲疲劳断口,螺纹加工根部有明显加工刀痕。
4、微观分析:典型解理断裂,裂纹起始区台阶与裂纹快速扩展区有大量二次沿晶裂纹。
5、热处理工艺跟踪:正火+回火(外协件,具体工艺参数不祥)。
综合分析:常规45钢热处理正火后的珠光体晶粒度应为8-10级,而此泵轴晶粒度在4级,说明加热温度偏高或保温时间过长,造成奥氏体晶粒粗大,正火后形成粗大的珠光体和铁素体,并有少量魏氏组织。粗大的珠光体团和网状铁素体之间变形的不协调,使得加工时形成表面加工裂纹。轴在承受的交变载荷作用下,使得裂纹源迅速扩展,导致过早期失效。
【改进措施】:
1、严格正火工艺,保证材料具有正常的组织状态;
2、提高轴的加工质量,尽量减小应力集中。
【结论】:实施改进措施后,没有发现过早期失效情况。

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发表于 2009-7-4 22:08:12 | 显示全部楼层

【概况】:20Cr2Ni4A钢锻坯过热对碳氮共渗后马氏体的影响

【原始状态描述】:20Cr2Ni4A棒材坯料,始锻温度1180℃,终端温度约850℃,先镦粗,然后模锻成齿轮坯件,锻后空冷,920℃正火,650℃高温回火。
【质量情况】:齿坯加工成齿轮经碳氮共渗处理后,检测其金相组织发现:渗层中存在粗大的马氏体针,因其超过规定标准而报废。
【原因分析】:经检测,其化学成分合格,但共渗前(正火回火后)锻件晶粒粗大。进一步检查模锻后未正火锻件的外观及晶粒度,发现具有粗大马氏体的锻件的氧化皮比正常锻件厚得多,且晶粒十分粗大。经检查,是由于坯料加热时间过长造成过热所致。
【改进措施】:1.严格控制炉温,适当控制装炉量,避免坯料在炉内加热时间过长;2.对已过热的锻件,采用合适的正火温度细化晶粒。实验证明:920℃正火最理想;3.若一次正火难以获得理想的细化效果,则可进行二次正火。4.锻件冷却到室温后,经一次高温回火然后再进行正火晶粒细化效果也很好。
【试验及验证】:采取上述2、3项措施,齿轮再经共渗后获得了细小的马氏体组织。
【结论】:再无出现马氏体粗大(不合格)。
【备注】:

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发表于 2009-7-4 22:24:20 | 显示全部楼层

【概况】:转向节臂断裂

【原始状态描述】:40MnB或35Cr钢制造的汽车转向节臂,热锻成形,硬度要求269~302HBS。
【质量情况】:行车3万公里,转向节臂突然断裂,共发生两起。
【原因分析】:分别在两断裂件上取样,进行硬度和金相检验,发现1#号试样晶粒度1级,硬度156HBS;2#号试样晶粒度6级,硬度201HBS。
【改进措施】:严格执行工艺,锻件粗加工后调质达到技术要求。
【试验及验证】:取合格零件,进行硬度和金相检验,晶粒度6级,硬度298HBS。
【结论】:热处理达到技术要求后,再无出现类似事故。

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发表于 2009-7-6 08:20:28 | 显示全部楼层
这是两篇关于铍青铜棒材失效的文章,请大家交流!

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发表于 2009-7-6 09:12:22 | 显示全部楼层
【概况】:GCr15钢制造的“样柱”淬火后严重变形,造成产品报废。
【原因分析】:热处理工艺规范,没有注意操作细节。GCr15钢制造的样柱用硝盐冷却,当时刚添加新硝盐,水分较多,再加之通入压缩空气翻动硝盐冷却液,因样柱壁簿,冷却过分剧烈,造成样柱变形。
【改进措施】:禁止通入压缩空气;蒸发硝盐内水分。
【结论】:注意操作细节后,再无出现类似的变形问题。

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发表于 2009-7-6 12:43:54 | 显示全部楼层
【概况】:刀轴成品表面出现多条垂直于轴向的细裂纹
【原因分析】:
金相分析:在裂纹处做现场金相分析,发现裂纹深浅不一,表面夹杂物情况正常,组织正常,不存在磨削烧伤现象,裂纹两侧组织与其他部位一致,且无脱碳现象。经仔细观察裂纹形态及裂纹内部情况,最终判断其为腐蚀裂纹。
【试验及验证】:通过向负责包装的人员询问,得知此刀轴的防锈油更换了,推测更换的这种防锈油可能质量不佳,再加上近段时间黄梅季节天气潮湿,种种因素叠加导致产生了腐蚀裂纹。
【改进措施】:重新换回原来的防锈油,并注意表面防护。
【结论】:换回原来的防锈油之后,后面的产品没有再发生类似的状况。因此断定,此次的裂纹是表面保护不到位引起的腐蚀裂纹。

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发表于 2009-7-6 23:37:46 | 显示全部楼层

【概况】:W18Cr4V滚刀崩刃

【原始情况】:滚齿刀规格Ф100mm,m=6。坯料尺寸Ф85×190mm,锻件尺寸为Ф105×117mm,始锻温度为1150~1180℃,原坯料经一次镦拔后锻造成型。
【质量情况】:滚齿刀在使用过程中产生了崩齿现象。
【原因分析】:经检查,化学成分合格,热处理质量良好。对崩刃的齿根处进行金相分析,发现有严重的碳化物偏析。这是由于原材料上有碳化物宽带和局部堆积,以及锻造过程中锻比小,碳化物偏析未被打碎。由于大块状碳化物的存在,降低了滚齿刀的机械性能,以致使用过程中崩刃。
【改进措施】:增大锻比,进行轴向反复镦拔(镦粗7次,拔长6次)。
【结论】:经这样的锻造,大块状及网状碳化物被打碎,达到5级,符合技术要求,使用情况良好。

[ 本帖最后由 孤鸿踏雪 于 2009-7-6 23:43 编辑 ]

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发表于 2009-7-7 00:03:48 | 显示全部楼层

【概况】:冷冲模锻比不足工作时压裂

【原始情况】:Cr12MoV钢冷冲模,坯料为Ф120mm的轧材,在400公斤的空气锤上经二次镦拔后成形,然后进行机加工和热处理。
【质量情况】:模具在试冲过程中开裂。
【原因分析】:经金相检查发现,模具表面与心部的碳化物分布极不均匀,表面碳化物较细,心部则存在较严重的网状碳化物,降低了模具的使用性能。经分析主要原因是:(1)所选的原材料直径较粗,碳化物偏析严重;
(2)Cr12MoV钢属于莱氏体钢,有共晶组织存在,需要进行反复镦拔。但此种钢料变形抗力较大,而所用设备吨位又较小,未能锻透,所以锻件表面金属变形较大,碳化物被打碎,而心部金属变形小,故保留严重的网状碳化物。
【改进措施】:
(1)选用Ф75×145mm的原材料;
(2)选用750公斤空气锤;
(3)为改善锻件心部的碳化物偏析,进行二次三个方向的镦拔,锻后中心部位碳化物小于3级。
【结论】:经机加工和热处理后,使用情况良好。

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发表于 2009-7-7 09:54:22 | 显示全部楼层
【概况】:长轴零件调质时断裂
【原因分析】:
首先分析断口形貌,断口平齐,根据纹路形态,初步判断为脆性断裂,并大胆假设原材料存在质量问题或者化学成分有问题。
对假设进行验证:将断口切片取下,加工成试片,用热酸浸蚀法检验低倍组织,结果发现试片心部存在大量形态不一的微小裂纹,整个试片很不致密,且心部疏松尤为严重。经高倍金相分析,组织为索氏体和珠光体的混合组织。
化学成分分析:成分合格,有害元素不超标。
【结论】:此次事故为原材料质量不合格引起。
【改进措施】:加强对原材料的检验。

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[LV.2]偶尔看看I

 楼主| 发表于 2009-7-7 14:05:35 | 显示全部楼层
Cr26(渣浆泵过流部件材质)早期失效原因分析

[ 本帖最后由 风来疏竹 于 2009-7-7 15:24 编辑 ]

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[LV.6]常住居民II

发表于 2009-7-7 15:18:35 | 显示全部楼层
客车定位座早期疲劳断裂原因分析
【概况】:某客车上新设计的“T”型定位座,上部四周焊接在构件横梁的下盖板上,“T”型定位座的下部与安全吊采用螺栓连接,在承受动载荷条件下运行不足10天就在螺栓孔处发生早期断裂。
【原因分析】:宏观断口检查呈现典型的疲劳贝壳弧线,螺栓孔两侧断口上显示的疲劳贝壳弧线均以其螺栓孔边倒角为中心,即其为疲劳裂纹源产生的地方;分析其定位座材质的化学成分符合其设计图纸要求的Q235C钢;断口金相检测,裂纹源区附近螺栓孔边倒角存在有多条机加工时产生的毛刺并且在其毛刺的根部可见有裂纹,其中毛刺高度约0.03~0.08mm,毛刺根部裂纹深度约0.08~0.19mm在裂纹源区毛刺附近的金相组织均可见有明显的塑性变形痕迹,夹杂物和基体金相组织合格;结构分析,该“U”型安全吊的两端均与定位座相连接,呈现两端固定的悬臂梁结构,因此,该结构应用中所承受的振动应力较大(甚至有产生共振的可能)
【试验及验证】:新装车的,近2年,同类事故大幅度降低。
【结论】:此定位座螺栓孔倒角处存在有原始的机加工毛刺缺陷,这是其发生早期疲劳断裂的主要原因。
【建议】:设计加装减振垫片,降低振动应力;工艺对定位座螺栓孔边倒角后增加打磨机加工飞边毛刺要求。
【备注】:原定位座结构是采用一块立板,在实际使用中经常发生早期疲劳断裂,用户反应极大,强烈要求制造单位改进,确保行车安全。

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发表于 2009-7-8 11:47:50 | 显示全部楼层

重型镀锌弹簧垫圈断裂分析

【概况】:客运专线铁路道岔用M30重型弹簧垫圈制造依据为GB7244,热处理后表面镀锌。装配预紧过程中单个垫圈发生多处脆断,脆断率达到4%。断口具有明显的“人字纹”特征,裂纹源都位于表面有微小凹坑和鱼鳞状纹路处。初步推测弹簧垫圈断裂的原因为镀锌后除氢不净产生氢脆所致。为了进一步确认断裂的根本原因,在购入的弹簧垫圈中,通过对比失效垫圈与正常垫圈的表面质量、裂纹源的位置特点以及垫圈理化性能,找出断裂的根源。
【原因分析】:通过对弹簧垫圈的宏观断口、化学成分、机械性能和显微组织进行分析。结果表明:弹簧垫圈在热成型时温度过高,表面严重脱碳,并局部有氧化皮压入。氧化皮脱落后形成凹坑,凹坑边角尖锐处淬火过程中造成应力集中,产生微裂纹,导致道岔装配预紧时发生脆断。
【改进措施】:严格控制热成型温度和原材料
【试验及验证】:根据GB/T3098.17相关条款进行平行支承面法检查氢脆用预载荷试验,以验证断裂与氢脆无关。
【结论】:弹簧垫圈在热成型时温度过高,表面严重脱碳,并局部有氧化皮压入。氧化皮脱落后形成凹坑,凹坑边角尖锐处淬火过程中造成应力集中,产生微裂纹,导致道岔装配预紧时发生脆断。
【备注】:供货时跟供应商在合同中加签条款:使用中发生断裂的数量从下一批次供货中扣除。

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发表于 2009-7-12 18:44:37 | 显示全部楼层

【概况】:半轴锻造过热

【原始情况】:坯料:35CRNiMo热轧圆钢(Φ130×795),油炉加热,炉温1350℃,三火锻成:第一火加热锻造坯料,第二火加热模锻杆部,第三火加热模锻头部。
【质量情况】:热处理后进行断口检查,发现为石状断口,不合格。
【原因分析】:以设备能力所限,采用分段模锻,又因模块尺寸限制,试杆在模块外边,模锻时没有产生变形。该锻件采用快速加热,炉温在1350℃左右,可能因加热时间过长、温度过高,晶粒迅速长大,造成轴杆不合格,甚至使整个锻件出现石状断口。
【改进措施】:严格控制锻造温度,取消试杆,从锻件本身取试样,这样即得到细晶组织,热后得到纤维状断口。

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发表于 2009-7-12 19:02:23 | 显示全部楼层

【概况】:滑轨锌脆

【原始情况】:30CrMnSiA钢滑轨,用9mm厚钢板锻制,加热至1000~1100℃,胎膜锻造成形,因模腔尺寸过大,胎膜锻造时在钢板表面放一厚度为0.50mm的镀锌板,锻件经900℃正火后机械加工成零件。
【质量情况】:磁力探伤时,在该批零件中发现20余件滑轨面上有多处横向裂纹。
【原因分析】:在裂纹出切取试样进行金相分析,发现裂纹两侧有白色异相组织,进一步进行扫描电镜分析,判定白色异相为低熔点锌。不言而喻,锌应该来源于垫在钢板表面上的镀锌板。锻造时,在高温高压作用下,镀锌层上的锌以原子态深入钢件表面,并向内扩散,低熔点锌降低了晶界的键合力,故锻造时因受力在该处萌生裂纹,这种现象称为锌脆。
【改进措施】:1.合理设计胎膜,使锻造时不需加放任何垫板,用原有模具锻造时,垫放非镀锌板。

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[LV.7]常住居民III

发表于 2009-7-12 23:09:20 | 显示全部楼层
原帖由 心有千千结 于 2009-7-6 12:43 发表
【概况】:刀轴成品表面出现多条垂直于轴向的细裂纹
【原因分析】:
金相分析:在裂纹处做现场金相分析,发现裂纹深浅不一,表面夹杂物情况正常,组织正常,不存在磨削烧伤现象,裂纹两侧组织与其他部位一致,且无 ...

根据你的分析:失效原因归为应力腐蚀,也的确可能为应力腐蚀造成,但,你的分析中缺少应力腐蚀必要判据:裂纹沿晶;应力腐蚀裂纹形态(多细小分支);裂纹中的腐蚀产物;其他。因此你的结论下的比较勉强,尽管后面换防护漆后没再开裂。

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[LV.7]常住居民III

发表于 2009-7-12 23:14:06 | 显示全部楼层

回复 5# 孤鸿踏雪 的帖子

您的产品M针叶过长可以返修的啊,为什么直接报废?!重新正火或高温回火后再淬火回火不可以吗/
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