２０１７年第２期 铸造设备与工艺 ＦＯＵＮＤＲＹ Ｅ０ＵＩＰＭＥＮＴ ＡＮＤ Ｉ ＣＨＮ０Ｉ ０ＧＹ ・应用研究・ ｄｏｉ：１０．１６６６６￣．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００４—６１７８．２０１７．０２．０１４ 可锻铸铁耐张线夹断裂原因分析 丁传海 （安徽省机械科学研究所，安徽合肥２３００２２） 摘要：ＫＴＨ３３０～０８可锻铸铁耐张线夹，在导线展放时发生断裂。通过化学成分分析、宏观检验、硬度测试、 断口分析、金相检验，确定其断裂原因。结果表明，回火致脆是造成耐张线夹承载时发生异常破断的主要原因 关键词：可锻铸铁；耐张线；断裂；回火致脆 中图分类号：ＴＧ１４３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６６９４（２０１７）０２—００４２—０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍａｌｌｅａｂｌｅ Ｉｒｏｎ Ｓｔｒａｉｎ Ｃｌａｍｐ Ｆｒａｃｔｕｒｅ ＤｌＮＧ ｃｈｕａｎ－ｈａｉ （Ａｎｈｕｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｆｅｉ Ａｎｈｕｉ ２３００２２。ＣｈｉｎⅡ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＫＴＨ３３０—０８ ｍａｌｌｅａｂｌｅ ｉｒｏｎ ｓｔｒａｉｎ ｃｌａｍｐ ｏｃｃｕｒｓ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｉｓ ｉｎ ｐｌａｃｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｃｈｅｎｆｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ．ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔ，ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒ ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｂｎｏｒｍａｌ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｌａｍｐ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｌｌｅａｂｌｅ ｉｒｏｎ，ｓｔｒａｉｎ ｃｌａｍｐ，ｆｒａｃｔｕｒｅ，ｔｅｍｐｅｒ ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ ｌ情况简介 输变电用耐张线夹采用ＫＴＨ３３０—０８可锻铸铁 制造。制作耐张线夹主要工艺流程为：铸造毛坯一 退火热处理一检验一清理一机械加Ｔ一热浸镀 锌一检验一成品。 本次采样检验的一件耐张线夹是导线在展放 时，发生耐张线夹突然断裂（图１箭头所指处）。经现 场随即检查，发现断裂处局部有明显的锈斑（图２箭 头所指处）。按设计使用要求，不允许耐张线夹发生 图ｌ 耐张线夹外形结构及断裂图 断裂现象，故耐张线夹断裂属异常断裂失效。 ２检验内容和结果 ２．１宏观检查 对耐张线夹断口经丙酮试剂超声清洗后发现， 断面呈浅灰色，表面整体表现凹凸不平如图２所示； 断口面形成的人字形放射状撕裂棱线指向上部，说 明断裂起始于ｕ型槽两端，且锈斑端为先断裂处，底 部为最后断裂区；断口附近无缩颈现象，边缘无剪 切唇。因此，宏观表现为脆性断口特征。 收稿日期：２０１７—０３—０２ 元素 测定值 图２耐张线夹断口宏观形貌图 表１化学成分分析结果（质量分数，％） Ｃ ２．００ Ｓｊ １．８８ Ｍｎ ０．４９ Ｐ ０．０３５ Ｓ Ｏ．Ｏ５４ 参考值 ２．５～２．９ Ｏ．８～１．２ ０３～Ｏ．６ ＜Ｏ．２ ０．１８ 作者简介：丁传海（１９６５一）．男，高级工程师，主要从事钢铁材料及 工艺研究。 ４２・ ・２０１７年第２期 ２．２化学成分 丁传海：可锻铸铁耐张线夹断裂原因分析 ２．４力学检测 铸造设备与工艺 对断裂耐张线夹进行化学成分分析，结果见表１． 在断裂耐张线夹截取试块，实测布氏硬度平均 值为１ ３６，属标准ＧＢｆＩ＇９４４０—２０１０规定值范围。 ２．５断１：７微观检查 由表１可知，所检ＫＴＨ３３０—０８元素质量分数与 《机械工程材料手册金属材料》第６版ｌｉ１参考值比对， 化学成分中含Ｃ量偏低、含ｓｉ量偏高，其余元素合适。 ２．３金相检验 用扫描电镜对耐张线夹断裂部位进行观察，发 现锈蚀区与未锈蚀区微观形貌存在不同（图６ａ））， 锈蚀区虽经腐蚀后被腐蚀产物覆盖，仍可见晶粒外 形和二次裂纹（图６ｂ））；而未锈蚀区清晰可见石墨 在耐张线夹断裂部位截取试块制备试样，试样 先在未侵蚀情况下进行显微组织观察，在断裂源近 表层区内（＜Ｏ．４ ＩＴｌｌ＇ｎ），可见在聚虫状及絮状石墨处 及其石墨周围的组织形态（图６ｃ）），除表现裂纹沿 晶扩展的特征外，还可见撕裂棱、较小的解理面和 出现微裂纹并扩展的痕迹（图３箭头所指处）；接着 观察主断口面可发现，裂纹主要以沿晶方式扩展 （图４）． 河流花样及二次裂纹，且无韧窝形貌，表明断裂前 无明显塑性变形的晶间断裂（图６ｄ）），微观为沿晶＋ 再用４％的酒精对试样侵蚀，依据 ＧＢ／Ｔ２５７４６—２０１０标准评定，多数区域的石墨形状为 准解理断裂机理，属回火致脆的断裂形貌特征【２】。 絮状３级、分布２级、颗粒数３级及珠光体１级（≤１０％） （图５ａ））；表层区域石墨形状为聚虫状４级、分布２ 级、颗粒数５级（图５ ｂ））及珠光体２级（＞１０～２０％）（图 ５ ｂ）标尺线范围）。因此，耐张线夹金相组织基本正 常。 厂 ● ・ ． － ． ａ）ｘ２５ 一： 一 二次裂纹 晶粒外形 ｂ）￣３７０ ．．， 一墓 ． 戮 １ ｊ ． ａ）ｘｌＯ０ ｂ）ｘ５０ ．．‘１ 图３耐张线夹断口近表层形貌 解理面 河流花样 ｃ）×１３０ ｄ）ｘ３３０ 图６耐张线夹断口微观组织 ２．６ ＥＤＳ￣Ｅ谱分析 采用能谱仪对耐张线夹断口面出现的锈斑进 ａ）ｘｌ００ ｂ）ｘ５００ 行无标样定性及半定量分析，可见主要为铁、氧及 少量碳元素（图７，表２），应属铁的氧化物。 图４耐张线夹断口裂纹扩展形貌ｘｌ００ 圣－ ｆＩｉＩ＿ ．‘■ ’ ’ ＿０， ”，．１ ｌ０’． 、．． ＿．。 ． ． 一．争‘．， 丘 ｛ 满量程３５７ｃｔｓ光标：０．０００ 图５耐张线夹基体组织 图７耐张线夹锈斑区能谱微区分析图 ・４３・ 铸造设备与工艺 表２耐张线夹锈斑区能谱微区分析结果 元素 质量分数／％ １．２６ 外形和二次裂纹，还可见撕裂棱、较小的解理面和 原子百分Ｉ－Ｌ／％ ３．５８ 河流花样及二次裂纹，微观为沿晶＋准解理断裂机 理，属回火致脆的断裂形貌特征。 （１ Ｆｅ ２３．８３ ７４．９ｌ ５０．７３ ４５．６９ 总｛建 ｌ ０（）．（ｍ 能谱仪对耐张线夹断口面 现的锈斑分析．主 要为铁、氧及少量碳元素，应属铁的氧化物，这是耐 张线夹断裂前裂纹处与空气接触氧化所致。 根据以上检验结果，耐张线夹断裂宏观展现为 脆性断裂特征，微观表现沿晶＋准解理的回火致脆 断裂机理，这是由于耐张线夹在第二阶段石墨化或 ３结果分析 宏观检查耐张线夹断裂表现为脆性断裂形貌 特征。 热镀锌过程巾，一ｒ 艺控制不当，导致耐张线夹产乍 回火脆性，从而降低耐张线央的有效承载强度，以 致其承受载荷时，在应力集中Ｉｘ：起裂，然后裂纹迅 速扩展直至完全破断。因此，川火致脆是造成耐张 线夹承载时发生异常破断的主要原Ｌ大Ｊ。 参考文献： ［１］曾正明．机械１＝崔材料手册［Ｍ】．金属材料．筇６版．北京：机械 业出版社，２００４． 对断裂耐张线夹化学成分分析后，与手册推荐 参考值比对，化学成分中含ｃ量偏低、含ｓｉ量偏高，其 余元素合适。而Ｃ量偏低会恶化铸造性能、ｓｉ量偏高 会增加脆性现象的风险Ｉ 。 金相检验表明，在断裂源近表层区内可见在聚 虫状及絮状石墨处出现微裂纹并扩展的痕迹；主断 口面裂纹主要以沿晶方式扩展。断裂耐张线夹金相 组织基本正常。 ［２］孙智．失效分析［Ｍ］一Ｅ京：机械Ｓ－，ＩＩ＇．ｆｌ；版社＋２００５． ［３］陆文华．铸铁及其熔炼【Ｍ］．北京：机械ｈ ｝ｌ；版礼，１９８１ 力学检测 示，所测硬度属标准规定范畴 用电镜对耐张线夹断裂部位扫描，可观察晶粒 （上接第４１页） 完成浇注，清理得到快速成型的齿轮室铸件， 如图１ ２所永。 仍需对容易发生变形的地方设计支撑结构。 ２）减材制造：加工成型的树脂砂型／芯精度及 表面质量都可满足生产要求，但应合理设计吃砂 量、工艺间隙等，保证砂型的把合强度。 ３）利用选择性激光烧结快速成型技术和减材 制造技术相结合的快速铸造技术，可以实现单件复 杂零件无模具直接生产，可得到精确的产品试样． 同时也可为模具设计提供有利参考。 参考文献： 图１２齿轮室铸件 ｈ］刘伟军．快速成型技术及应用［Ｍ ｊ，北京：机械Ｔ 出版＿手１ ２００５． 【２］翟德梅，段维峰．模具制造技术ｆＭ］．北京：北京Ｔ业出版幸｛ ４结论 ２００５． 『３］臧加仑．孙玉成，李闯，黎智勇．喇内铸造快速成型技术及应Ｊ １）增材制造：选择性激光烧结快速成型技术适 Ｊ｛｛于结构复杂的覆膜砂芯制作，不易发生变形，们 ・［Ｊ］．中国铸造装备与技术，２０１５（４）：１—５ ４４・
