可鍛鑄鐵耐張線夾斷裂原因分析

可鍛鑄鐵耐張線夾斷裂原因分析

丁傳海

（安徽省機(jī)械科學(xué)研究所，安徽合肥230022）

KTH330-08可鍛鑄鐵耐張線夾，在導(dǎo)線展放時(shí)發(fā)生斷裂。通過(guò)化學(xué)成分分析、宏觀檢驗(yàn)、硬度測(cè)試、斷口分析、金相檢驗(yàn)，確定其斷裂原因。結(jié)果表明，回火致脆是造成耐張線夾承載時(shí)發(fā)生異常破斷的主要原因。

可鍛鑄鐵；耐張線；斷裂；回火致脆

1情況簡(jiǎn)介

輸變電用耐張線夾采用KTH330-08可鍛鑄鐵制造。制作耐張線夾主要工藝流程為：鑄造毛坯→退火熱處理→檢驗(yàn)→清理→機(jī)械加工→熱浸鍍鋅→檢驗(yàn)→成品。

本次采樣檢驗(yàn)的一件耐張線夾是導(dǎo)線在展放時(shí)，發(fā)生耐張線夾突然斷裂（圖1箭頭所指處）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)隨即檢查，發(fā)現(xiàn)斷裂處局部有明顯的銹斑（圖2箭頭所指處）。按設(shè)計(jì)使用要求，不允許耐張線夾發(fā)生斷裂現(xiàn)象，故耐張線夾斷裂屬異常斷裂失效。

2檢驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果

2.1宏觀檢查

對(duì)耐張線夾斷口經(jīng)丙酮試劑超聲清洗后發(fā)現(xiàn)，斷面呈淺灰色，表面整體表現(xiàn)凹凸不平如圖2所示；斷口面形成的人字形放射狀撕裂棱線指向上部，說(shuō)明斷裂起始于U型槽兩端，且銹斑端為先斷裂處，底部為最后斷裂區(qū)；斷口附近無(wú)縮頸現(xiàn)象，邊緣無(wú)剪切唇。因此，宏觀表現(xiàn)為脆性斷口特征。

圖1耐張線夾外形結(jié)構(gòu)及斷裂圖

圖2耐張線夾斷口宏觀形貌圖

表1化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.2化學(xué)成分

對(duì)斷裂耐張線夾進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1.

由表1可知，所檢KTH330-08元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與《機(jī)械工程材料手冊(cè)金屬材料》第6版[1]參考值比對(duì)，化學(xué)成分中含C量偏低、含Si量偏高，其余元素合適。

2.3金相檢驗(yàn)

在耐張線夾斷裂部位截取試塊制備試樣，試樣先在未侵蝕情況下進(jìn)行顯微組織觀察，在斷裂源近表層區(qū)內(nèi)（＜0.4 mm），可見(jiàn)在聚蟲(chóng)狀及絮狀石墨處出現(xiàn)微裂紋并擴(kuò)展的痕跡（圖3箭頭所指處）；接著觀察主斷口面可發(fā)現(xiàn)，裂紋主要以沿晶方式擴(kuò)展（圖4）.

再用4%的硝酸酒精對(duì)試樣侵蝕，依據(jù)GB/T25746-2010標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，多數(shù)區(qū)域的石墨形狀為絮狀3級(jí)、分布2級(jí)、顆粒數(shù)3級(jí)及珠光體1級(jí)（≤10%）（圖5a））；表層區(qū)域石墨形狀為聚蟲(chóng)狀4級(jí)、分布2級(jí)、顆粒數(shù)5級(jí)（圖5 b））及珠光體2級(jí)（＞10～20%）（圖5 b）標(biāo)尺線范圍）。因此，耐張線夾金相組織基本正常。

圖3耐張線夾斷口近表層形貌

圖4耐張線夾斷口裂紋擴(kuò)展形貌×100

圖5耐張線夾基體組織

2.4力學(xué)檢測(cè)

在斷裂耐張線夾截取試塊，實(shí)測(cè)布氏硬度平均值為136，屬標(biāo)準(zhǔn)GB/T9440-2010規(guī)定值范圍。

2.5斷口微觀檢查

用掃描電鏡對(duì)耐張線夾斷裂部位進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)銹蝕區(qū)與未銹蝕區(qū)微觀形貌存在不同（圖6a）），銹蝕區(qū)雖經(jīng)腐蝕后被腐蝕產(chǎn)物覆蓋，仍可見(jiàn)晶粒外形和二次裂紋（圖6b））；而未銹蝕區(qū)清晰可見(jiàn)石墨及其石墨周?chē)慕M織形態(tài)（圖6c）），除表現(xiàn)裂紋沿晶擴(kuò)展的特征外，還可見(jiàn)撕裂棱、較小的解理面和河流花樣及二次裂紋，且無(wú)韌窩形貌，表明斷裂前無(wú)明顯塑性變形的晶間斷裂（圖6d）），微觀為沿晶+準(zhǔn)解理斷裂機(jī)理，屬回火致脆的斷裂形貌特征[2]。

圖6耐張線夾斷口微觀組織

2.6EDS能譜分析

采用能譜儀對(duì)耐張線夾斷口面出現(xiàn)的銹斑進(jìn)行無(wú)標(biāo)樣定性及半定量分析，可見(jiàn)主要為鐵、氧及少量碳元素（圖7，表2），應(yīng)屬鐵的氧化物。組織基本正常。

圖7耐張線夾銹斑區(qū)能譜微區(qū)分析圖

表2耐張線夾銹斑區(qū)能譜微區(qū)分析結(jié)果

力學(xué)檢測(cè)顯示，所測(cè)硬度屬標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范疇。

用電鏡對(duì)耐張線夾斷裂部位掃描，可觀察晶粒外形和二次裂紋，還可見(jiàn)撕裂棱、較小的解理面和河流花樣及二次裂紋，微觀為沿晶+準(zhǔn)解理斷裂機(jī)理，屬回火致脆的斷裂形貌特征。

能譜儀對(duì)耐張線夾斷口面出現(xiàn)的銹斑分析，主要為鐵、氧及少量碳元素，應(yīng)屬鐵的氧化物，這是耐張線夾斷裂前裂紋處與空氣接觸氧化所致。

根據(jù)以上檢驗(yàn)結(jié)果，耐張線夾斷裂宏觀展現(xiàn)為脆性斷裂特征，微觀表現(xiàn)沿晶+準(zhǔn)解理的回火致脆斷裂機(jī)理，這是由于耐張線夾在第二階段石墨化或熱鍍鋅過(guò)程中，工藝控制不當(dāng)，導(dǎo)致耐張線夾產(chǎn)生回火脆性，從而降低耐張線夾的有效承載強(qiáng)度，以致其承受載荷時(shí)，在應(yīng)力集中區(qū)起裂，然后裂紋迅速擴(kuò)展直至完全破斷。因此，回火致脆是造成耐張線夾承載時(shí)發(fā)生異常破斷的主要原因。

［1］曾正明.機(jī)械工程材料手冊(cè)［M］.金屬材料.第6版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］孫智.失效分析［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］陸文華.鑄鐵及其熔煉［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

Analysis of Malleable Iron Strain Clamp Fracture

DING Chuan-hai
（Anhui Institute of Mechanical Science，Hefei Anhui 230022，China）

KTH330-08 malleable iron strain clamp occurs fracture when the conductor is in place.In order to determine the cause offracture，thechemicalcompositionanalysis，macroscopicexamination，hardnesstest，fractureanalysisandmetallographic examination were carried on.The results show the temper embrittlement is the main reason for the abnormal breaking of the tension clamp.

malleable iron，strain clamp，fracture，temper embrittlement

TG143.5

A

1674-6694（2017）02-0042-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.014

2017-03-02

丁傳海（1965-），男，高級(jí)工程師，主要從事鋼鐵材料及工藝研究。