2000t压机立柱断裂分析

2000t人造纤维板成型压机的四根立柱采用进口旧船上拆下的旧轴，机加工后经过无损检测制作成立柱。安装使用仅两星期后其中一根立柱发生断裂。断裂发生在1/2L处(L为立柱高度)。该处为台阶转角部位。断裂立柱实物如图1所示。根据现场调查，使用时立柱同时受多种复合应力作用，是在非正常条件下使用，比正常使用应力高出4～6倍。

断裂立柱断口宏观形貌如图2所示，按形貌特征可分为两个区。较平坦区为疲劳区，该区有疲劳贝纹线，从疲劳区形态及贝纹线凹弧面向内的特征，说明疲劳裂纹扩展过程中存在尖角应力集中现象。疲劳源位于表面箭头所示处，疲劳区占面积较小，占断面大部分区的是较粗糙的瞬断区，由此可推断立柱断裂时外应力很大。

用二次复型技术在透射电镜下观察断口两部分的形貌。在宏观疲劳区有疲劳辉纹特征，并伴有局部韧窝，见图3，说明疲劳裂纹扩展过程中所受外应力较高。在瞬断区主要为韧窝，见图4，属外应力过载所造成的断裂特征。另外在瞬断区断口上局部区域观察到一种称为“几何花样”的晶体生长线，这种特征通常在疏松区出现，故说明立柱材料具有疏松现象。

分别于立柱断口裂源部位与心部各取一试样作金相检验，裂源处显微组织为呈带状分布的铁素体和珠光体，铁素体量较多，珠光体量较少，如图6所示。心部组织同样为呈带状分布的铁素体和珠光体，珠光体分布不均匀，某些区域珠光体量较多，如图7所示。某些区域珠光体则较少，见图8所示，说明显微组织偏析较严重。

为分清材料牌号和材料缺陷，用化学分析方法得知立柱材料为20钢。采用低倍热蚀试验方法，用1：1盐酸水溶液浸蚀立柱横截面，树枝状偏析明显，方框型偏析为2.5级，疏松2级，说明材质较差。

分析结论：2000t压机立柱断裂属疲劳断裂，引起疲劳断裂的主要因素是使用时外应力过高和材质较差。

    图1       实物

说明：断裂立柱实物形貌，断裂发生于立柱高度的l/2部位处。

图2      0.5×

说明：立柱断口宏观形貌，平坦区为疲劳区，箭头所示处为疲劳源，较粗糙的区为最后瞬断区。

图3    TEI       4000×

说明：疲劳区透射电镜复型像，具有疲劳辉纹特征。

图4    TEl    4000×                      图5    TEl     3000×

图4：说明：瞬断区透射电镜复型像，为韧窝，图中可见韧窝大小不均匀，说明材料微观结构不均匀。

图5：说明：瞬断区上“几何花样”形态，图中弧形线条为晶体生长线，这种晶体生长线是材料从液态凝固时形成，而且在材料的疏松区出现。

图6   OMI    50×

说明：试样经4%硝酸酒精溶液浸蚀，疲劳源处显微组织为铁素体和珠光体，呈2级带状分布，珠光体量较少。

图7      OMI    50×

说明：断柱心部试样经4%硝酸酒精溶液浸蚀，其显微组织为铁素体和珠光体，呈带状偏析分布，珠光体量较多。

图8    OMI    50×

说明：经4%硝酸酒精溶液侵蚀，断柱心部显微组织为铁素体和珠光体，呈带状偏析分布，珠光体量较少。