摘 要:某7A85鋁合金承載構件在使用一段時間后發(fā)生斷裂,采用宏觀觀察、化學成分分析、力 學性能測試、金相檢驗等方法對構件斷裂原因進行分析。結果表明:該承載構件開裂位置為銷孔 處,斷裂模式為應力腐蝕,斷裂的主要原因是環(huán)境與應力的共同作用引起的。

關鍵詞:鋁合金;承載構件;脆性斷裂;應力腐蝕

中圖分類號:TG115.5 文獻標志碼:B 文章編號:1001-4012(2022)10-0061-03

某試驗裝置用承載構件在使用過程中發(fā)生斷 裂,其工作于高溫、高濕環(huán)境(溫度為70 ℃,濕度為 85%),構件材料為7A85鋁合金,其具有良好的環(huán) 境適應性[1]。該承載構件是在鑄錠上直接加工而成 的,開裂位置為銷孔處,且從銷孔的中心線位置對稱 開裂。筆者采用宏觀觀察、化學成分分析、力學性能 測試、金相檢驗等方法對承載構件的斷裂原因進行 分析,結果可為構件的安全可靠運行提供借鑒。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

斷裂構件的宏觀形貌如圖1所示,觀察發(fā)現(xiàn)斷 裂起源于銷孔的中心線位置,整個斷面未見明顯的 擴展棱線特征,但是斷面有兩個不同的特征區(qū)域:靠 近銷孔位置的斷面呈現(xiàn)灰色,較粗糙,呈現(xiàn)“冰糖狀” 特征;遠離銷孔位置的斷面表面顏色光亮,呈金屬光 澤,有纖維狀特征。可以初步推斷,斷裂從銷孔側開 始,逐漸向材料內部擴展。另外,在壁厚的邊緣位置 發(fā)現(xiàn)有部分剪切唇區(qū)。

1.2 化學成分分析

在斷裂構件上取樣,采用美國利曼 ProdigyXP ICP型光譜分析儀對其進行化學成分分析,結果如 表1 所 示,由 表 1 可 知:其 化 學 成 分 符 合 技 術 要求。

1.3 力學性能測試

根據(jù) GB/T 228.1—2010 《金 屬 材 料 拉 伸 試 驗 第1部分:室溫試驗方法》,對斷裂構件進行拉伸 性能測試,結果如表2所示,試樣的抗拉強度、屈服 強度和斷后伸長率均滿足標準要求。

1.4 金相檢驗

在該構件的斷裂源區(qū)和擴展區(qū)分別截取試樣并進 行金相檢驗,結果顯示:斷裂源區(qū)附近的組織為α(Al) +彌散相+化合物相,晶界有析出,依據(jù) GB/T6394— 2002《金屬平均晶粒度測定法》對斷裂源區(qū)附近的晶粒 度級別進行評定,結果為4.5級,整個試樣未發(fā)現(xiàn)明顯 的冶金缺陷,其顯微組織形貌如圖2所示。

擴展區(qū)附近組織為 α(Al)+ 彌散相 + 化合物 相,晶界有析出,依據(jù)標準 GB/T6394—2002 對擴 展區(qū)附近的晶粒度級別進行評定,結果為4.5級,整 個試樣未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷,擴展區(qū)附近的顯微 組織形貌如圖3所示。

1.5 掃描電鏡分析

在斷口處取樣,去除表面污漬,并用毛刷輕刷斷 口,放入掃描電鏡(SEM)進行觀察。斷裂源附近的 SEM 形貌如圖4所示,該區(qū)域較平坦,放大后有明 顯的沿晶特征,且個別區(qū)存在大晶粒中包裹小晶粒 的形態(tài)。擴 展 區(qū) 和 剪 切 唇 區(qū) SEM 形 貌 如 圖 5 所 示,擴展區(qū)主要呈解理+沿晶斷裂特征,剪切唇區(qū)主 要呈剪切韌窩特征。

對斷裂源 區(qū) 和 韌 窩 區(qū) 分 別 進 行 能 譜 分 析,結 果如圖6 所 示,由 圖 6 可 知:除 合 金 元 素 外,斷 裂 源區(qū)還有一定量的 Cl元素,但是韌窩區(qū)未發(fā)現(xiàn)腐 蝕性元素。

2 分析與討論

從以上分析結果可知:斷裂構件的化學成分和 力學性能均符合技術要求。斷裂源區(qū)和擴展區(qū)附近 的組織均為α(Al)+彌散相+化合物相,晶界有析 出,晶粒度為4.5級,未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷。

試樣斷裂源區(qū)附近的區(qū)域較平坦,放大后有明 顯的沿晶形態(tài),且個別區(qū)存在大晶粒中包裹小晶粒 的形態(tài)。擴展區(qū)斷面主要表現(xiàn)為解理+沿晶特征。

斷裂源區(qū)附近和擴展區(qū)位置的能譜分析結果顯 示:斷裂源區(qū)存在明顯的腐蝕性元素Cl,但是韌窩區(qū)未 發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕性元素。同時,構件在高溫、高濕環(huán)境 下工作,該環(huán)境會存在較多的腐蝕性元素[2]。該構件 在工作過程中受到匹配構件施加的拉應力,應力與腐 蝕性元素共同作用使構件發(fā)生了應力腐蝕[3]斷裂。

3 結語

該7A85鋁合金承載構件的斷裂模式為應力腐 蝕斷裂,斷裂的主要原因是構件所受應力與工作環(huán) 境中的腐蝕性元素共同作用引起的。

參考文獻:

[1] 陳小會,揭小平,閆洪,等.高強鋁合金的研究現(xiàn)狀及 進展[J].材料導報,2009(增刊1):489-492.

[2] 趙鵬,蘇艷.高強鋁合金應力腐蝕開裂研究進展[J]. 裝備環(huán)境工程,2016,13(1):130-138.

[3] 夏曉健,張孔林,林德源.電流互感器鋁合金法蘭開裂 失效分析[J].理化檢驗 (物 理 分 冊),2017,53(10): 754-756.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 10期 (pp:61-63)>