1. Test teoretyczny i analiza
Z 3zawory oponpróbki dostarczone przez firmę, 2 to zawory, a 1 to zawór, który nie był jeszcze używany. Dla A i B, zawór, który nie był jeszcze używany, jest oznaczony na szaro. Kompleksowy rysunek 1. Zewnętrzna powierzchnia zaworu A jest płytka, zewnętrzna powierzchnia zaworu B to powierzchnia, zewnętrzna powierzchnia zaworu C to powierzchnia, a zewnętrzna powierzchnia zaworu C to powierzchnia. Zawory A i B są pokryte produktami korozji. Zawory A i B są popękane na zagięciach, zewnętrzna część zagięcia jest wzdłuż zaworu, wlot pierścienia zaworu B jest popękany w kierunku końca, a biała strzałka między popękanymi powierzchniami na powierzchni zaworu A jest zaznaczona. Z powyższego wynika, że pęknięcia są wszędzie, pęknięcia są największe i pęknięcia są wszędzie.
Częśćzawór oponyPróbki A, B i C wycięto z zagięcia, a następnie morfologię powierzchni obserwowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego ZEISS-SUPRA55. Skład mikroobszarów analizowano metodą EDS. Rysunek 2 (a) przedstawia mikrostrukturę powierzchni zaworu B. Widoczne są liczne białe, jasne cząstki na powierzchni (oznaczone białymi strzałkami na rysunku), a analiza EDS białych cząstek wykazała wysoką zawartość siarki. Wyniki analizy widma energetycznego białych cząstek przedstawiono na rysunku 2 (b).
Rysunki 2 (c) i (e) przedstawiają mikrostruktury powierzchni zaworu B. Z rysunku 2 (c) wynika, że powierzchnia jest niemal całkowicie pokryta produktami korozji, a pierwiastki korozyjne produktów korozji wykazane w analizie widma energetycznego obejmują głównie S, Cl i O, przy czym zawartość S w poszczególnych pozycjach jest wyższa, a wyniki analizy widma energetycznego przedstawiono na rys. 2 (d). Z rysunku 2 (e) wynika, że na powierzchni zaworu A występują mikropęknięcia wzdłuż pierścienia zaworu. Rysunki 2 (f) i (g) przedstawiają mikromorfologie powierzchni zaworu C, powierzchnia jest również całkowicie pokryta produktami korozji, a pierwiastki korozyjne obejmują również S, Cl i O, podobnie jak na rys. 2 (e). Przyczyną pęknięć może być pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC) wykazane w analizie produktów korozji na powierzchni zaworu. Rys. 2(h) przedstawia również mikrostrukturę powierzchni zaworu C. Widać, że powierzchnia jest stosunkowo czysta, a skład chemiczny powierzchni analizowanej metodą EDS jest podobny do składu stopu miedzi, co wskazuje, że zawór nie jest skorodowany. Porównanie morfologii mikroskopowej i składu chemicznego trzech powierzchni zaworu wykazało obecność czynników korozyjnych, takich jak S, O i Cl w otaczającym środowisku.
Pęknięcie zaworu B zostało otwarte podczas próby zginania i stwierdzono, że pęknięcie nie przeniknęło całego przekroju zaworu, pękło po stronie wygięcia tylnego i nie pękło po stronie przeciwnej do wygięcia tylnego zaworu. Wizualna kontrola pęknięcia wykazała, że kolor pęknięcia jest ciemny, co wskazuje na korozję, a niektóre części pęknięcia mają ciemny kolor, co wskazuje na poważniejszą korozję w tych miejscach. Pęknięcie zaworu B zaobserwowano pod skaningowym mikroskopem elektronowym, jak pokazano na rysunku 3. Rysunek 3(a) przedstawia makroskopowy wygląd pęknięcia zaworu B. Widać, że zewnętrzne pęknięcie w pobliżu zaworu zostało pokryte produktami korozji, co ponownie wskazuje na obecność czynników korozyjnych w otaczającym środowisku. Zgodnie z analizą widma energetycznego, składnikami chemicznymi produktu korozji są głównie S, Cl i O, a zawartość S i O jest stosunkowo wysoka, jak pokazano na rysunku 3(b). Obserwując powierzchnię pęknięcia, stwierdzono, że wzór wzrostu pęknięcia przebiega wzdłuż struktury krystalicznej. Obserwacja pęknięcia przy większych powiększeniach pozwala również na zaobserwowanie dużej liczby pęknięć wtórnych, jak pokazano na rysunku 3(c). Pęknięcia wtórne zaznaczono na rysunku białymi strzałkami. Produkty korozji i wzory wzrostu pęknięć na powierzchni pęknięcia ponownie wskazują na charakterystykę pękania korozyjnego naprężeniowego.
Pęknięcie zastawki A nie zostało otwarte, usuń część zastawki (w tym pękniętą pozycję), zeszlifuj i wypoleruj osiową część zastawki i użyj roztworu Fe Cl3 (5 g) + HCl (50 ml) + C2H5OH (100 ml), który został wytrawiony, a struktura metalograficzna i morfologia wzrostu pęknięcia zostały zaobserwowane za pomocą mikroskopu optycznego Zeiss Axio Observer A1m. Rysunek 4 (a) przedstawia strukturę metalograficzną zastawki, która jest strukturą dwufazową α+β, a β jest stosunkowo drobna i ziarnista oraz rozłożona na matrycy fazy α. Wzory propagacji pęknięć na pęknięciach obwodowych pokazano na rysunku 4 (a), (b). Ponieważ powierzchnie pęknięć są wypełnione produktami korozji, szczelina między dwiema powierzchniami pęknięć jest szeroka i trudno jest odróżnić wzory propagacji pęknięć. zjawisko bifurkacji. Wiele wtórnych pęknięć (oznaczonych białymi strzałkami na rysunku) zaobserwowano również na tym pierwotnym pęknięciu, patrz rys. 4(c), a te wtórne pęknięcia rozprzestrzeniały się wzdłuż włókien. Wytrawioną próbkę zaworu obserwowano za pomocą SEM i stwierdzono, że występowało wiele mikropęknięć w innych pozycjach, równolegle do głównego pęknięcia. Te mikropęknięcia miały swój początek na powierzchni i rozprzestrzeniały się do wnętrza zaworu. Pęknięcia miały bifurkację i rozprzestrzeniały się wzdłuż włókien, patrz rys. 4(c), (d). Środowisko i stan naprężenia tych mikropęknięć są prawie takie same jak w przypadku głównego pęknięcia, więc można wnioskować, że forma propagacji głównego pęknięcia jest również międzykrystaliczna, co potwierdza również obserwacja pęknięć zaworu B. Zjawisko bifurkacji pęknięcia ponownie pokazuje charakterystykę pękania korozyjnego naprężeniowego zaworu.
2. Analiza i dyskusja
Podsumowując, można wnioskować, że uszkodzenie zaworu jest spowodowane korozją naprężeniową wywołaną przez SO2. Pękanie korozyjne naprężeniowe musi spełniać trzy warunki: (1) materiały wrażliwe na korozję naprężeniową; (2) środowisko korozyjne wrażliwe na stopy miedzi; (3) określone warunki naprężenia.
Powszechnie uważa się, że czyste metale nie ulegają korozji naprężeniowej, a wszystkie stopy są podatne na nią w różnym stopniu. W przypadku mosiądzu powszechnie uważa się, że struktura dwufazowa ma większą podatność na korozję naprężeniową niż struktura jednofazowa. W literaturze podaje się, że gdy zawartość Zn w mosiądzu przekracza 20%, mosiądz ma wyższą podatność na korozję naprężeniową, a im wyższa zawartość Zn, tym wyższa podatność na korozję naprężeniową. Struktura metalograficzna dyszy gazowej w tym przypadku to stop dwufazowy α+β, a zawartość Zn wynosi około 35%, znacznie przekraczając 20%, co oznacza wysoką wrażliwość na korozję naprężeniową i spełnia warunki materiałowe wymagane dla pękania korozyjnego naprężeniowego.
W przypadku mosiądzu, jeśli po odkształceniu plastycznym na zimno nie zostanie przeprowadzone wyżarzanie odprężające, w odpowiednich warunkach naprężenia i w środowisku korozyjnym wystąpi korozja naprężeniowa. Naprężenie powodujące pękanie korozyjne naprężeniowe to zazwyczaj lokalne naprężenie rozciągające, które może być naprężeniem przyłożonym lub naprężeniem szczątkowym. Po napompowaniu opony samochodu ciężarowego, na skutek wysokiego ciśnienia w oponie, generowane jest naprężenie rozciągające wzdłuż osi dyszy powietrza, co powoduje pęknięcia obwodowe w dyszy powietrza. Naprężenie rozciągające wywołane ciśnieniem wewnętrznym opony można łatwo obliczyć według wzoru σ=pR/2t (gdzie p to ciśnienie wewnętrzne opony, R to średnica wewnętrzna zaworu, a t to grubość ścianki zaworu). Jednakże, ogólnie rzecz biorąc, naprężenie rozciągające wywołane ciśnieniem wewnętrznym opony nie jest zbyt duże i należy uwzględnić wpływ naprężeń szczątkowych. Miejsca pęknięć dysz gazowych znajdują się w tylnej części zaworu, co wskazuje na duże odkształcenie resztkowe w tej części i obecność resztkowego naprężenia rozciągającego. W rzeczywistości, w wielu praktycznych elementach ze stopów miedzi, pęknięcia korozyjne naprężeniowe rzadko są spowodowane naprężeniami projektowymi, a większość z nich jest spowodowana naprężeniami resztkowymi, które nie są widoczne i ignorowane. W tym przypadku, w tylnej części zaworu, kierunek naprężenia rozciągającego generowanego przez ciśnienie wewnętrzne opony jest zgodny z kierunkiem naprężenia resztkowego, a superpozycja tych dwóch naprężeń zapewnia warunek naprężenia dla SCC.
3. Wnioski i sugestie
Wniosek:
Pękaniezawór oponyjest spowodowane głównie korozją naprężeniową wywołaną przez SO2.
Sugestia
(1) Zlokalizuj źródło czynnika korozyjnego w otoczeniuzawór oponyi staraj się unikać bezpośredniego kontaktu z otaczającym czynnikiem korozyjnym. Na przykład, powierzchnię zaworu można pokryć warstwą powłoki antykorozyjnej.
(2) Pozostałościowe naprężenia rozciągające powstające podczas obróbki na zimno można wyeliminować za pomocą odpowiednich procesów, np. wyżarzania odprężającego po gięciu.
Czas publikacji: 23.09.2022
