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分享:船用柴油机螺柱断裂原因

2023-02-24 15:27:29 

(上海材料研究所 上海市工程材料应用 与评价重点实验室,上海 200437)

摘 要:某船用柴油机螺柱发生断裂,利用宏观观察化学成分分析金相检验力学性能测试断口分析等方法对其断裂原因进行分析结果表明:由于杆身部位接触了腐蚀介质,产生了点腐 ,因此在拉应力的作用下,由点腐蚀坑引发了应力腐蚀开裂,最终导致螺柱发生断裂


关键词:螺柱;点腐蚀;应力腐蚀;断裂 中图分类号:TG115.2;TB304 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)12-0055-0

某船用柴油机螺柱的宏观形貌如图1所示,材料为40CrNiMoA ,在锻造后对该钢进行调制 处理该螺柱在运行了约1000h后发生断裂,了查明其断裂原因,笔者采用一系列理化检验方法 对螺柱进行了分析,以防止该类事故再次发生1 某船用柴油机螺柱的宏观形貌

1 理化检验

1.1 宏观观察

对断裂螺柱进行宏观观察,发现该螺柱断裂于杆 身部位螺柱的一侧断口已被破坏,截取另一侧断口 试样,断口宏观形貌如图2所示,由图2可知:断口靠 近外缘一圈有明显的锈蚀色,内圈断口呈金属色2 断口宏观形貌


1.2 化学成分分析

在断裂螺柱上取样,并进行化学成分分析,结果 如表1所示从分析结果来看,其化学成分符合技 术要求


1.3

取样,对其进行力学性能测试,果如表2所示从分析结果来看,其力学性能符合 技术要求


1.4 断口分析

将断裂螺柱的断口进行清洗后,置于扫描电子 显微镜(SEM)下观察,发现内圈断口区域的 SEM 形貌呈韧窝特征(见图3)。外圈断口区域的 SEM 形貌如图4所示,可见其表面被腐蚀产物所覆盖,法观察断口的原始形貌截取断口剖面试样,经镶嵌抛光后,置于光学 显微镜下观察,可见其断裂面及平行于断裂面的裂 纹都呈现树杈状特征,为典型的应力腐蚀裂纹特征 (见图5)。

将 断 口 剖 面 试 样 置 于 SEM 下 观 察,SEM 形貌如图6 所 示,可 见 应 力 腐 蚀 裂 纹 起 源 处 有 较 明显的点腐蚀坑采用能谱仪对腐蚀坑中的腐蚀 产物进行化学元素定性及半定量分析,结果如图7 所示

2 综合分析

该断裂螺柱的化学成分和力学性能均符合企业 标准中对40CrNiMoA 钢的技术要求由断口的宏观形貌可知,断口靠近外缘一圈有明 显的锈蚀颜色,内圈断口呈新鲜金属色这种断口颜 色明显呈新旧之分的现象是在2个不同阶段形成的: 第一阶段是杆身遭到腐蚀,腐蚀裂纹扩展;第二阶段 是当腐蚀裂纹扩展到一定深度,剩余截面积承受不了 螺柱的拉力而发生了瞬断根据断口剖面的SEM 貌及能谱分析结果可知,,型的应力腐蚀裂纹特征[1],表面的点腐蚀坑,对点腐蚀坑的能谱分析结果可知, 该螺柱接触的介质中含有腐蚀性元素硫和氯

综合上述分析结果,断裂螺柱在杆身部位接触 了含有硫和氯元素的介质,于杆身表面产生了点腐 ,在螺柱拉应力的作用下,由点腐蚀坑引发了应力 腐蚀开裂[2],当裂纹扩展到一定深度,剩余截面积无 法承受拉力时,发生了瞬断

3 结论

螺柱的断裂原因是杆身部位接触了腐蚀性介 ,产生了点腐蚀,在拉应力的作用下由点腐蚀坑引 发了应力腐蚀开裂,最终导致断裂

来源:材料与测试网