发布时间：2021-04-02点击：2773
某气体机进行缸盖密封性水压试验时， ，，，，，出现漏水问题， ，，，，，拆检后发现火花塞衬套开裂。。。。。。。 。衬套材料是铸造黄铜ZCuZn38（H62）， ，，，，，为工业上广泛使用的有色金属合金。。。。。。。 。工艺流程是：铸造铜棒→热压力加工→机械加工→装试。。。。。。。 。
一、试验方法
采用OBLF直读光谱仪对产生裂纹的衬套进行化学成分分析 ；；；；；；采用Zeiss Axio金相显微镜进行金相检验， ，，，，，用线切割的方法截取样品。。。。。。。 。采用配备有X射线能谱仪的Zeiss EVO18扫描电子显微镜对裂纹进行显微观察和微区成分分析。。。。。。。 。
二、试验结果
2.1 化学成分测试用直读光谱检测衬套化学成分， ，，，，，结果见表1。。。。。。。 。符合GB/T 1176—2013《铸造铜及铜合金》要求。。。。。。。 。
2.2 宏观观察
衬套有两条裂纹， ，，，，，从衬套台肩沿轴向向下延伸， ，，，，，裂纹较平直， ，，，，，近乎平行， ，，，，，台肩倒角部位残留有绿色密封胶。。。。。。。 。裂纹向台肩内侧延伸并逐渐变窄， ，，，，，如图1所示， ，，，，，说明裂纹起源于台肩外壁处， ，，，，，并向下和向内扩展。。。。。。。 。
2.3 微观观察
通过电镜扫描， ，，，，，可以看到靠近衬套外表面有一层絮状物， ，，，，，如图2a、图2b所示。。。。。。。 。并且可以看出整个裂纹断口显示为脆性断裂：冰糖状沿晶断裂， ，，，，，少量部分穿晶， ，，，，，且晶界有腐蚀产物及细小腐蚀坑， ，，，，，腐蚀产物主要含O、Cu、Zn、Al， ，，，，，如图2c、图2d所示。。。。。。。 。人为撕裂的新鲜断口抛物线型韧窝断裂， ，，，，，且韧窝清晰、洁净， ，，，，，断裂形貌正常， ，，，，，如图2e、图2f所示。。。。。。。 。原始断口可见沿轴向的层片状条带。。。。。。。 。
沿轴向研磨、抛光、腐蚀， ，，，，，观察裂纹及金相组织情况， ，，，，，如图3所示。。。。。。。 。裂纹呈不规则连续状， ，，，，，有分叉、尾部较尖锐呈树枝状， ，，，，，与应力腐蚀裂纹的典型特征相吻合， ，，，，，因而我们初步判定该裂纹是应力腐蚀裂纹。。。。。。。 。金相组织为α相+极少量点状β相， ，，，，，且组织中有明显的滑移线， ，，，，，裂纹衬套带状组织明显。。。。。。。 。
2.4 有限元分析
衬套为过盈配合， ，，，，，过盈量：0.069~0.100mm， ，，，，，有限元分析衬套装配应力（未安装火花塞）， ，，，，，图4为衬套装配态的***主应力云图， ，，，，，亮色区域为拉应力区。。。。。。。 。�？？？？杉诔奶滋缟戏酵獗谟氲菇峭獗诖拖妇蹦诒砻娴睦α洗�， ，，，，，与实际裂纹起源位置一致。。。。。。。 。衬套细颈内表面拉应力虽然较大， ，，，，，但无密封胶， ，，，，，无应力腐蚀条件。。。。。。。 。
三、结论与分析
衬套毛坯在工艺温度650~800℃热压力加工成形后， ，，，，，放置在空气中， ，，，，，自然冷却至室温。。。。。。。 。资料中介绍：所有黄铜在200~700℃之间均有一个脆性区， ，，，，，热压力加工温度应不低于700℃。。。。。。。 。下限温度偏低， ，，，，，材料容易产生开裂倾向 ；；；；；；毛坯成形难度增加， ，，，，，残余应力较大。。。。。。。 。
衬套在机械加工过程中， ，，，，，与刀具频繁接触、受力， ，，，，，尺寸发生变化， ，，，，，必然产生一定数量的残余应力 ；；；；；；数控机床精加工使用的切削液含有S、卤族元素等添加剂， ，，，，，使得衬套在一定时间内处在潮湿、腐蚀环境中。。。。。。。 。
衬套与缸盖之间是过盈配合， ，，，，，压力装配后， ，，，，，在衬套台肩上方外壁与倒角外壁处产生了较大的拉应力 ；；；；；；装配时涂在衬套台肩处的密封胶基料为甲基丙烯酸酯， ，，，，，含有氨基催化剂， ，，，，，为衬套提供了弱腐蚀工作环境。。。。。。。 。缸盖进行水压密封试验时， ，，，，，衬套台肩外壁处受力， ，，，，，产生裂纹并迅速扩展 ；；；；；；衬套细颈内表面拉应力虽然较大， ，，，，，但未接触密封胶， ，，，，，应力腐蚀条件差。。。。。。。 。
四、结束语
1）衬套裂纹机制为应力腐蚀沿晶脆性开裂。。。。。。。 。
2）衬套裂纹集中出现在某月份， ，，，，，之前未出现批量裂纹故障， ，，，，，通过以上分析， ，，，，，确定衬套存在批次质量问题， ，，，，，衬套加工过程中残余应力过大， ，，，，，导致衬套在装配后附加拉应力及密封胶（或加工过程中切削液）弱腐蚀环境下发生应力腐蚀开裂。。。。。。。 。
来源：《金属加工（热加工）》杂志 作者：关慧欢， ，，，，， 张怀青， ，，，，，徐继东
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