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双自封高液压气管接头开裂失效分析案例分享

嘉峪检测网        2019-10-09 16:29

事?#26102;?#26223;

 

清洗机用双自封高液压气管接头在用定力扭矩扳手组装时发生卡壳,经检查发现接头的螺纹端部出现了长度?#22025;?mm的裂纹,如图1所示。

 

双自封高液压气管接头开裂失效分析案例分享

图1 开裂接头的宏观形貌

 

接头整体呈阶梯状,其中螺纹部位材料为HPb63-3铅黄铜,是由规格为?12mm的冷拉制铜棒经退火后加工得到。螺纹部位之外?#27927;?#30340;部分被注塑封裹处理。开裂处螺纹规格为M8mm,螺纹管壁厚0.8mm。

 

理化检验

 

1、化学成分分析

 

从接头开裂的螺纹部位取样,用MAXxLMM14型SPECTRO直读光谱仪进行化学成分分析,结果如表1所示。

 

表1 开裂接头的化学成分分析结果(质量分数)

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可见开裂接头的化学成分均符合GB/T 5231-2012«加工铜及铜合金牌号和化学成分»对HPb63-3黄铜成分的技术要求。

 

2、金相检验

 

截取垂直于开裂面的剖面试样,经磨制、抛光后,用三氯化铁盐酸水溶液(5g三氯化铁+50mL盐酸+100mL蒸溜水)浸蚀,使用DMI3000M型光学显微镜进行观察。

 

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图2 垂直于裂纹截面的显微组织形貌

 

由图2可见,试样剖面的裂纹贯穿螺纹管壁,裂纹尾端尖细,属于典型的应力裂纹;裂纹两侧组织无明显异常,高倍下观察到显微组织为α相和铅颗粒,晶内存在大量冷变?#20301;?#31227;线。

 

3、硬度试验

采用DIA TESTER 2RC型WOLPERT硬度计在与接头开裂部位材料同批次的HPb63-3铅黄铜棒上取样,对试样横截面进行布氏硬度测试。铜棒规格为?12mm,标尺选用HBW2.5/187.5,加载时间为15s。得到同批次铜棒的硬度实测值为72.8,71.3,72.7HBW2.5/187.5,平均值为72.3HBW2.5/187.5,均高于行业图纸规范要求的65~69HBW2.5/187.5范围的最高值。

 

4、拉伸试验

在与接头开裂部位材料同批次的HPb63-3铅黄铜棒上取拉伸试样,按照GB/T 228.1-2010«金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法»,采用CMT5305型万能拉伸试验机进行室温拉伸试验,结果见表2。

 

表2 同批次铜棒的拉伸试验结果

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可见试样的抗拉强度比GB/T 4423-2007«铜及铜合金拉制棒»对HPb63-3黄铜的技术要求值高58MPa。

 

分析与讨论

 

由上述理化检验结果可知,与接头开裂部位材料同批次的HPb63-3铅黄铜棒的硬度超出图纸规范要求,其抗拉强度比GB/T 4423-2007标准规定值高58MPa;组织中存在冷变?#20301;?#31227;线。HPb63-3铅黄铜棒中铅的质量分数小于36%,是典型的单相α铅黄铜。该材料是面心立方(FCC)结构,具有较多的滑移系,在冷变形加工过程中,受外力作用时极易发生滑移变形,从而在晶内出现大量滑移线,经再结晶退火处理后形成孪晶组织。而对接头开裂部位进行金相检验发现,显微组织中只存在冷变?#20301;?#31227;线,没有退火孪晶组织,这表明该接头所用HPb63-3铅黄铜棒的冷拉制变形工?#29031;?#24120;,但是退火处理不够,造成其强度和硬度偏高,从而其脆性增大,塑?#32422;?#23567;,导致接头在组装时受力而开裂。

 

由于该批次HPb63-3铅黄铜棒为国外进口,如果退回原厂重新加工所需周期太长,且其采购量很大,成本较高,因此需要?#19994;接?#25928;的补救办法。

 

综上,?#25910;?#35748;为最有效的办法是对铅黄铜棒进行再结晶退火处理。但由于此前铅黄铜经过拉制冷变形和不充分的退火处理,其组织和应力状态较复杂,因此再结晶退火温度的选择非常关键。需要注意的是,再结晶温度不是恒定的温度,其与变形程度密切相关。同时,由于铅黄铜在拉制冷变形后晶粒变形大,位错密度高,组织不稳定,向低能量变化的倾向更大,由此推断铅黄铜棒的再结晶温度?#31995;汀?#20294;是,如果温度太低达不到再结晶温度,铅黄铜不会再结晶形核或者形核速度非常缓慢;如果再结晶温度太高,晶粒会在形核后快速长大,从而弱化铅黄铜的力学性能。

 

为找到经济有效的退火工艺,?#25910;?#36873;取同批次铅黄铜棒4截,长度均为200mm,在260,300,350,400℃下分别退火处理1h,再按上述步骤进行布氏硬度测试和室温拉伸试验,试验结果如表3所示。

 

表3 不同退火温度下的力学性能试验结果

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可见随着退火温度的升高,试样的布氏硬度和抗拉强度均出现下?#30331;?#21183;;300℃和350℃下试样的抗拉强度较?#25163;校?#30053;高于标准要求;400℃下试样的抗拉强度低于标准要求。

 

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图3 不同温度退火处理后试样的显微组织形貌

 

用金相检验方法观察不同温度退火处理后试样的显微组织。由图3可见,当退火温度为260℃时,试样组织中存在冷变?#20301;?#31227;线,所以其抗拉强度偏高,仍有开裂的风险;当退火温度为300℃和350℃时,试样组织为均匀的α相+铅颗粒;当退火温度为400℃时,试样组织正常,但是晶粒有长大倾向。

 

结论及建议

 

该开裂接头的HPb63-3铅黄铜部位成分满足标准要求,但硬度超标,抗拉强度超出标准?#21040;?#22810;;该部位显微组织存在冷变?#20301;?#31227;线,表明退火处理不充分。HPb63-3铅黄铜棒在300℃和350℃下退火处理1h均可达到理想的力学性能,但综合考虑其力学性能和成本因素,建议实际生产中在300℃下对其退火处理1h,可有效解决接头开裂问题。

 

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来源:姚良理化检验

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