桥梁用夹板开裂分析

失效夹板材料为20CrMnTi，经碳氮共渗直接淬火，表面镀铬，在使用过程中发生夹板开裂失效。

夹板外表面有纵向裂纹，在纵向截面上有垂直表面的径向裂纹，如图1、图2所示。沿裂纹处取样，横向磨削，显微镜下观察，裂纹自表面开始，穿过镀铬层，向内壁扩展，如图3所示。同时还观察到在镀铬层内有数条与主裂纹平行的裂纹。裂纹较直，两侧无脱碳，尾部较尖细，裂纹呈穿晶扩展，从裂纹形态分析该裂纹属疲劳裂纹。

金相分析中可见，次表层显微组织为含氮马氏体和残余奥氏体，最表层为镀铬层，厚度为30～35μm，心部显微组织为低碳马氏体，如图4、图5所示。

由分析可推断，夹板开裂主要是由于镀铬层过厚，造成锚板孔与夹板不匹配，在外表面局部区域形成点、线接触，产生附加应力，使较脆的镀铬层极易产生裂纹。然后以镀铬层内的裂纹为源形成疲劳裂纹，向夹板基体材料扩展而导致开裂失效。

图1     实物                                                    图2    实物

说明：图1为开裂夹板外表面形貌，箭头所示为纵向裂纹。

图2为夹板内侧裂纹形貌，数条裂纹由外壁向内扩展并局部已穿透内壁。

图3      0MI      200×                                 图4        0MI      100×

图5    0MI     400×

说明：图3为裂纹在抛光态下的形态。裂纹较直，由外壁向内扩展，在裂纹的旁边有两条微裂纹穿透铬层，但未伸入基体材料。

图4为另一部位取样，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后显微组织和裂纹形貌。裂纹同样由表面镀铬层向内扩展，裂纹平直、尾部较尖，裂纹形态为疲劳裂纹，镀铬层下的表层组织为含氮马氏体和残余奥氏体，心部为低碳马氏体。

图5为无裂纹区的表面至心部显微组织形态，经4%硝酸酒精溶液浸蚀。表面白色区为镀铬层，约30～35μm厚；次表层为含氮马氏体(1级)；心部为低碳马氏体，渗层组织与心部组织属正常。