125MN 拉伸机拉力柱裂纹失效分析

拉力柱是某大飞机项目125MN 拉伸机上的核心零件之一，拉力柱在粗加工过程中发现裂纹，经超声波探伤确认，靠近锻件一端有长度接近2000mm 超标缺陷，参考当量

2.0 ～

5.8mm，距离表面约500mm，如图1 所示。该拉力柱为锻件，材质34CrNi3Mo，发现裂纹时期为锻后粗加工状态。

试验材料与方法

试验材料为锻后热处理状态的拉力柱，材质34CrNi3Mo，工件轮廓尺寸：

630mm×5500mm，化学成分的质量分数见表1。锻后热处理的具体工艺为：890℃正火+800℃球化退火+650℃回火。在拉力柱缺陷部位的中间段锯切一片厚度20mm的试片，将试片从裂纹处打开，取一小块尺寸约20mm×20mm×20mm 试样观察其宏观和微观的断口形貌，采用能谱仪分析断口表面的夹杂物；将剩余部分经过酸洗，观察其低倍组织；再取一片涵盖微裂纹尺寸约20mm×20mm×20mm 的试样，进行磨制、抛光，然后用4%的硝酸酒精腐蚀，制得金相试样，采用金相显微镜和扫描电子显微镜观察其金相组织。

试验结果与分析

拉力柱的失效形态

拉力柱在锻造后的粗加工过程中出现的裂纹失效宏观形貌如图1 所示。

低倍形貌分析

对磨制后的试片进行热腐蚀试验，将酸洗后的试片放置一定时间后，对其进行低倍形貌观察，失效处的低倍形貌如图2(a)和2(b)所示，从图中可以清晰地看出有一条与图1 所示宏观裂纹贯通且沿着酸洗面上白色条带B 分布的波纹状裂纹。从白色条带B 的宏观形貌和结构来看，初步判断其为独立存在的夹杂物，具有异金属夹杂物的低倍形貌特征，且其弯曲形态表明白色条带B 具有良好的塑性，但在锻造成形阶段并未与基体锻合。

化学成分分析

基体的化学成分用以鉴定材料成分是否符合标准要求，并进行评估材质的优劣。在裂纹附近进行取样并采用光谱仪对其进行常规化学成分分析。基体A和条带B 的化学成分见表2。

断口是金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌，是共检断裂时的自然面。断口分析是分析研究金属材料断口形貌特征、断裂过程与断裂机理之间关系的方法，也是分析失效原因的主要手段。断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，断口的分析方法一般分为两类，即断口的宏观分析法和微观分析法。

断口分析

从表2 中可以看出，基体A 和条带B 的化学成分均满足要求；但与基体A 相比，条带B 中各元素的质量分数略低，尤其是C 元素质量分数低0.06%，由于该拉力柱断裂状态是冶炼+锻造后，可评判夹杂物为冶炼浇铸过程中的水口节流导致。

⑴宏观分析。

在所取试片上肉眼可见呈波纹形态的裂纹如图2所示，裂纹边缘比较圆滑，将裂纹沿裂缝处打开后，裂纹纹路清晰，表面光滑呈氧化色，有明显褶皱且高低起伏，如图3 所示。从断口宏观形貌来看，可直接排除拉力柱锻件的裂纹缺陷为折叠裂纹。

将所取断口试样用酒精清洗干净后，在扫描电子显微镜下观察其断口形貌，如图5 所示，从图(b)和(d)可以看出，裂纹表面存在明显的氧化现象，从4张图中均可以看出，有大量的夹杂物存在，夹杂物大小不一，形状基本相似，均呈颗粒状。

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①金相组织分析。

金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学，还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响，金相组织是反映金属金相的具体形态。

图6(b)和6(c)为表面存在的颗粒状夹杂物能谱，图6(d)为基体能谱。对图6(a)中方框区域进行能谱分析，得知表面存在的颗粒状夹杂物的主要成分是Si，Mn，Mg，Al四种元素，为典型的D类夹杂物。结合低倍和化学分析，夹杂物可能是先凝固金属携带掉入拉力柱钢锭的。

②断口形貌分析。

在图2(b)红色方框所示位置取金相试样，将试样经磨制、抛光后，通过金相显微镜观察，发现裂纹边缘存在颗粒状的夹杂物，如图4(a)所示；再将试样经4%硝酸酒精腐蚀后，用金相显微镜观察发现，裂纹边缘存在轻微的氧化脱碳现象，且裂纹表面极其圆滑，如图4(b)所示。

⑵微观分析。

第一，20世纪20年代之前，英美文学中陌生化的语言主要以描绘风景为主。在这一阶段，作家在创作中开始接受并将陌生化艺术形式引入对田园生活的描述，其作用主要体现在对作品创作手法的衬托上。英美作家在作品中开始尝试性地应用陌生化语言。

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综上所述，黑龙江垦区的几种石化产品使用量变动情况将在一定程度上对其未来低碳农业的发展速度产生一定的影响，所以如何降低以及控制碳源含量较高的农用生产资料的使用，成为后期垦区发展低碳农业要解决的首要问题。

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结论

通过对拉伸机拉力柱的低倍分析、化学分析、断口分析、能谱分析及金相组织分析等，可以得出如下结论：

⑴低倍试片上的亮条带与基体边界明显，形态与异金属夹杂物缺陷形貌一致。通过化学分析发现，亮带处成分各元素含量较基体成分略低，但均属同一种材料，说明亮条带是先凝固的金属掉入同种材料钢液中而形成的夹杂缺陷。

⑵通过扫描电镜及能谱分析发现，裂纹表面存在大量的颗粒状夹杂物，这说明锻件中的裂纹缺陷是金属边界上布满的夹杂物未与基体完全熔合形成的夹杂裂纹。