1、金屬拉力棒拉伸斷裂失效分析 學院：機械電子工程學院 專業：過程裝備與控制工程 姓名：張炳濤 班級：20111 學號：1101042136金屬拉力棒拉伸斷裂失效分析一、 概述1、 金屬構件失效分析的意義和重要性(1)促進科學技術的發展，通過多個學科的交叉分析，找到失效的原因，不僅防止同樣的失效再發生，而且能更進一步完善裝備構建的功能，促進了相關各項工作的發展。(2)提高裝備及其構件的質量。從設計、材料、制造等各方面進行改進，便可提高裝備及其構件的質量。（3）具有高的經濟效益和社會效益。 2、失效分析報告主要內容 這次針對鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒試件進行了拉伸試驗及失效分析，主要進行了現

2、場調查及收集資料，包括對準備試件的測量以及試件的裝夾，加載，記錄了設備的型號，參數及操作要求，對設備的運行過程，試件在加載過程出現的現象進行了記錄，記錄拉伸曲線，然后對試件進行斷口失效分析，采用低倍放大對斷口的形狀，晶粒度，組織組成進行分析，最后參考書籍完成報告。二、 試樣制備與收集1、 對鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒進行拉伸試驗，制備斷口試件。2.加載過程Q235拉力棒拉伸實驗步驟 （1）試件準備：在試件上劃出長度為l0的標距線，在標距的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直方向各測量一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值作為試件的直徑d0。 （2）試驗機準備：按

3、試驗機®計算機®打印機的順序開機，開機后須預熱十分鐘才可使用。按照“軟件使用手冊”，運行配套軟件。 （3）安裝夾具：根據試件情況準備好夾具，并安裝在夾具座上。若夾具已安裝好，對夾具進行檢查。 （4）夾持試件：若在上空間試驗，則先將試件夾持在上夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件的另一端；若在下空間試驗，則先將試件夾持在下夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件的另一端。 （5）開始實驗：點擊主機小鍵盤上的試樣保護鍵，消除夾持力；位移清零；按運行命令按鈕，按照軟件設定的方案進行實驗。 （5）記錄數據：試件拉斷后，取下試件，將斷裂試件的兩

4、端對齊、靠緊，用游標卡尺測 出試件斷裂后的標距長度l1及斷口處的最小直徑d1（一般從相互垂直方向測量兩次后取平均值）。鑄鐵T200拉力棒拉伸試驗步驟（1）試件的準備：測量試件中間和兩端之處直徑d，取最小值計算載面積。（2）試驗機準備：估計鑄鐵bs值，估算拉斷試件最大荷載。試驗機調整與低碳鋼拉伸試驗相同。 （3）檢查及試車：與低碳多拉伸試驗相同。 （4）進行試驗：開動好試驗機。用慢速加載直到試件斷裂，記錄最大荷載Pb值。觀察自動繪圖器上的曲線。 （5） 試驗結束：關閉試驗機，取下試件，使試驗機回原位。  （6）測量試件：測量斷裂后試件的直徑和長度 y

5、87;» （7）計算鑄鐵拉伸強度極限。三、現場調查并收集資料（1）本次實驗地點在山東科技大學材料力學拉力棒拉伸與壓縮實驗室進行。（2）這次主要對鑄鐵T200拉力棒和Q235拉力棒試件進行拉斷實驗。（3）實驗設備為微機控制電子萬能材料試驗機 參數： 測量范圍：4%-100%F.S 測力示值相對誤差：±1%速度精度：±5% 設定值上下壓盤間最大距離：600mm拉伸鉗口間最大距離：600mm 彎曲試驗支滾間距離：30-460mm圓試樣夾持直徑：10-32mm 扁試樣夾持厚度：0-20mm扁試樣夾持寬度：60mm 剪切試樣直徑：0-10mm支柱間有效距離：435

6、mm 活塞行程：200mm電機功率：2KW 主機外形尺寸：740×460×1965mm （4）對拉力棒進行實驗后發現，鑄鐵T200在拉伸過程中發生“脆斷”，Q235鋼在拉伸斷裂前發生“頸縮”現象，根據拉伸曲線圖也可以清晰地看出鑄鐵發生了突然地斷裂，而碳素結構鋼在斷裂前發生了“頸縮”現象。 拉伸曲線如圖：三、 樣件理化性能分析 1、Q235是一種普通結構用鋼，Q代表的是這種材質的屈服，后面的235就是指這種材質的屈服值，是235左右，并且隨著材質厚度的增加而使其屈服值減小。Q235鋼分A，B，C，D四個等級，由于含碳量適中，機械綜合性能較好，強度，塑性以及焊接性能能較好的配合

7、，用途非常廣泛。（1）化學成分Q235A級含 C 0.22% Mn1.4% Si 0.35% S 0.050 P 0.045Q235B級含 C 0.20% Mn1.4% Si 0.35% S 0.045 P 0.045Q235C級含 C 0.17% Mn1.4% Si 0.35% S 0.040 P 0.040Q235D級含 C 0.17 Mn1.4% Si 0.35% S 0.035 P 0.035（2）機械性能：屈服點大于235MPa，抗拉強度大于410Mpa，伸長率大于23%。（GB/T709-2006）2.鑄鐵T200：為珠光體類型的灰鑄鐵。其強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好，

8、鑄造性能較好，但脆性較大，需進行人工時效處理。大量用于不受沖擊載荷的零部件，如承受壓力的發動機缸體、缸蓋、離合器殼及制動鼓等。也用于中等壓力的油缸、泵體、閥體以及經表面淬火的零件。（1）化學成份：碳 C ：3.36 硅 Si：2.37 錳 Mn：0.66 硫 S ：0.11 磷 P ：0.071（2）機械性能：抗拉強度:b 300MPa 硬度 ：(RH=1時)188HB。五、樣件斷口分析 1、斷口分析的重要性：斷口上忠實的記錄了金屬斷裂的全過程，即裂紋的產生、擴展直至斷開；外部因素對裂紋萌生的影響及材料本身的缺陷對裂紋萌生的促進作用；同時也記錄著裂紋擴展的途徑、擴展過程及內外因素對裂紋擴展的影

9、響。 2、Q235拉力棒拉伸斷口分析宏觀特征：Q235的斷裂屬于韌性斷裂，呈光亮的金屬光澤，斷口平齊。斷口附近有明顯的宏觀塑性變形，斷口外形呈杯錐狀，底面垂直于主應力錐面為45度角，斷口表面呈纖維狀，其顏色為暗灰色。微觀特征：在100400倍顯微鏡下，可以觀察其斷口形貌，Q235碳素結構鋼拉伸斷口外形呈杯錐狀，整個斷口可分為三個區，中心部位為灰色纖維區，纖維區四周為輻射狀裂紋擴展區，邊緣是剪切唇，剪切唇語拉伸應力軸交角為45°。由于拉伸載荷形成的斷裂，存在著很多的韌窩，韌窩面積較大，大都為等軸韌窩和輕微拉長韌窩。（剪切韌窩） 3、鑄鐵T200拉力棒斷口分析宏觀形狀：鑄鐵中的石墨是共晶

10、團內的一個葉片狀團體。斷口平坦，無剪切唇，斷口與應力方向垂直。斷裂起源于變截面，斷面顏色有的較光亮，有的比較灰暗，光亮斷口為細瓷狀，灰暗斷口為粗糙狀，有粗大晶粒外形。微觀形狀：在100400倍顯微鏡下，可以觀察其斷口形貌。T200鑄鐵試樣斷口為結晶狀斷口，呈光亮的金屬光澤，斷口平齊，并且垂直于拉應力。其組織特征可以觀察到斷口上呈現三個區域：纖維區、放射區及剪切唇區。實際上是斷裂面上的微小解理臺階在圖像上的表現，河流條紋就是相當于各個解理平面的交割。河流條紋的流向也是裂紋擴展的方向，河流的上游(即河流分叉方向)是裂紋源。 （河流花樣）六、結論 鑄鐵發生脆斷屬于脆性斷裂，原因是由于內部的石墨或其他缺陷導致應力集中使其在低應力下發生脆斷的。Q235的斷裂屬于韌性斷裂。金屬零件韌性斷裂的本質是零件危險截面處的實際應力超過材料的屈服強度所致，而脆性斷裂則是由于外載荷超過了其抗拉強度直接發生了脆斷。因此下列因素均有可能引起 金屬零件韌性斷裂失效零件所用材料強度不夠，零件所承受的實際載荷超過原設計要求，零件在使用中出現了非正常載荷，零件存在不符合技術要求的鑄造、鍛造、焊和熱加工等