经过高频淬火的活塞杆在使用中发生了早期断裂,通过断口的宏观微观分析、化学成分分析、显微硬度分析及显微组织分析,对活塞杆的早期断裂原因进行了分析。结果表明活塞杆断裂属于疲劳断裂,表面没有感应淬硬层降低了活塞杆的抗疲劳性能;次表面微裂纹的存在造成了应力集中,从而形成了疲劳源;活塞杆未进行调质处理,心部硬度和强度偏低加速了活塞杆的断裂。

采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜和能谱分析、显微硬度测试等方法分析了40Cr钢油缸断裂的原因。结果表明油缸断裂主要与硫元素含量超标、硫化物聚集、表面凹坑缺陷及热处理不均匀有关;硫元素易产生“热脆”,聚集的条状夹杂物破坏了基体的连续性,使油缸产生微裂纹,在表面凹坑处产生应力集中,热处理不均匀使组织产生内应力,萌生的裂纹及表面凹坑在以上因素的作用下不断扩展,最终导致油缸断裂。

针对传统金属表面微裂纹检测技术存在识别率低、检测成本过高等问题,提出了基于红外热波技术的检测方案。利用红外热波状态函数描述温度场的变化趋势,在非稳定的条件下定位金属构件表面的微裂纹位置和深度;基于红外热像仪采集不同频率、相位的反射波特点,在相空间范围内确定红外热波的矢量变化趋势;以红外热波缺陷特征为基础,生成红外热波图像序列集合,再利用多项式数据拟合的方式处理红外图像像素点随温度的变化趋势。实验结果表明,所提检测方法提取的红外热波微裂纹图像清晰、位置精确,缺陷检测的时间成本更低。

针对风力机叶片在成型过程中会无法避免的存在大量的微裂纹进而导致叶片断裂的问题,分析微裂纹在拉伸条件下温度与应力的变化情况。使用万能试验机对表面含有预制微裂纹的叶片试件进行拉伸试验,同时采用红外热像仪采集试件试验过程的温度场;再利用ANSYS软件对相同结构进行仿真得到其应力场,对比试验与仿真过程中温度与应力的变化情况。结果表明,微裂纹初始扩展过程中,温度升高较为缓慢,而后随着应力的逐渐增加,温度升高更为明显,并在加载后期出现一个大幅度的温度升高现象,且整个过程中温度与应力都呈增加趋势,有助于风力机叶片微裂纹早期损伤的检测,提高风力机的运行效率,保证风力机的健康运行。

某型号履带式液压挖掘机在装配过程中个别履带螺栓发生断裂。通过宏观形貌观察、扫描电镜形貌分析、能谱元素分析、金相组织检测、力学性能检测、化学成分检测等手段对螺栓断裂原因进行分析。分析结果表明,螺栓断裂模式符合氢脆断裂的典型特征。螺栓各项性能均符合标准规定,且基体残余氢含量仅为1.1×10-6,因此螺栓本身的氢脆敏感性较低。因热处理前磷化膜未去除干净,导致螺栓头下圆角表面存在深度约10μm的渗磷层。头杆连接处近表面基体的P含量异常偏高导致脆性增大,安装过程中产生微裂纹。螺栓头下圆角为应力集中区域,微裂纹加剧了应力集中状态,同时磷元素易引发氢致裂纹,促进了氢致裂纹的形成与扩展,最终表现为氢致延迟断裂。

针对某球阀阀座密封环的应用需求,开展了聚三氟氯乙烯(PCTFE)密封环毛坯热压工艺研究,重点分析了不同降温方式对PCTFE结晶度、拉伸强度和断裂拉伸应变的影响,剖析了密封环内部裂纹扩展机理并提出了控制措施。结果表明:降温时设置15 MPa保压压力,对提升材料断裂拉伸应变影响显著,其值可达98.40%~112.00%;PCTFE制品在降温过程中,必须设置一定的保压压力以有效抑制微裂纹的产生;经过室温—液氮循环工况下的考核验证,最终成型的球阀阀座密封环无裂纹等缺陷产生。

针对目前较为落后的减振器活塞杆表面微裂纹的密度查数方式,利用基于LabVIEW机器视觉模块,开发出一款明显提升了微裂纹密度查数的速度与精度的自动化查数系统。大量的实践证明,此系统稳定可靠。

炼油厂延迟焦化装置的反应单元油气线法兰在生产过程中突然开裂,通过对开裂的法兰进行宏观检验、化学成分分析、金相检验、扫描电镜及能谱分析,结果表明法兰焊接微裂纹和材质脆性较大是其突然纵向开裂的原因,针对开裂原因, 提出了相应的改进措施.

基于正交试验法优化陶瓷刀具表面微织构激光刻蚀工艺参数,使用极差分析法绘制了各因素与各指标之间的关系曲线图,得到各因素对微织构尺寸的影响程度,以此优化激光工艺参数。结果表明:影响微织构宽度的主次顺序为重复频率、激光功率、扫描次数、扫描速度;影响微织构深度的主次顺序为:扫描次数、重复频率、扫描速度、激光功率。激光功率过大、扫描速度过慢、重复频率过大、扫描次数过多,会使得陶瓷刀具表面微织构底产生裂纹。采用优化后的工艺参数进行实验,有效地抑制了微织构表面裂纹的产生,且微织构尺寸达到切削实验要求。

采用考虑螺纹细节的有限元模型对高强度螺栓在预紧力作用下的受力状况进行了仿真分析。研究了四棱锥形开口微裂纹及近表面椭圆形微裂纹对螺栓表面应力集中处受力分布的影响。结果表明:应力集中主要产生于最末端螺纹处以及旋合段的第一、二扣螺纹处，螺牙根部是同一横截面上的最大等效应力处;微裂纹的存在会极大地加强应力集中，并且最末端螺纹比旋合段螺纹对微裂纹更敏感。此外，四棱锥形开口微裂纹趋于周向扩展，近表面椭圆形微裂纹趋于向表面扩展。