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黃銅材料的火花塞襯套開裂，原因竟是殘余應力過大

2024年03月04日 仁成精密鋼管廠1333???3??? 鋼鐵知識 百度未收錄 № 13764
某氣體機進行缸蓋密封性水壓試驗時,出現漏水問題,拆檢后發現火花塞襯套開裂。襯套材料是鑄造黃銅ZCuZn38(H62),為工業上廣泛使用的有色金屬合金。工藝流程是:鑄造銅棒→熱壓力加工→機械加工→裝試。


一、試驗方法


采用OBLF直讀光譜儀對產生裂紋的襯套進行化學成分分析;采用Zeiss Axio金相顯微鏡進行金相檢驗,用線切割的方法截取樣品。采用配備有X射線能譜儀的Zeiss EVO18掃描電子顯微鏡對裂紋進行顯微觀察和微區成分分析。


二、試驗結果


2.1 化學成分測試
用直讀光譜檢測襯套化學成分,結果見表1。符合GB/T 1176—2013《鑄造銅及銅合金》要求。


表1 襯套的化學成分(質量分數)  (%)




2.2 宏觀觀察
襯套有兩條裂紋,從襯套臺肩沿軸向向下延伸,裂紋較平直,近乎平行,臺肩倒角部位殘留有綠色密封膠。裂紋向臺肩內側延伸并逐漸變窄,如圖1所示,說明裂紋起源于臺肩外壁處,并向下和向內擴展。



圖1 襯套裂紋的宏觀形貌



2.3 微觀觀察
通過電鏡掃描,可以看到靠近襯套外表面有一層絮狀物,如圖2a、圖2b所示。并且可以看出整個裂紋斷口顯示為脆性斷裂:冰糖狀沿晶斷裂,少量部分穿晶,且晶界有腐蝕產物及細小腐蝕坑,腐蝕產物主要含O、Cu、Zn、Al,如圖2c、圖2d所示。人為撕裂的新鮮斷口拋物線型韌窩斷裂,且韌窩清晰、潔凈,斷裂形貌正常,如圖2e、圖2f所示。原始斷口可見沿軸向的層片狀條帶。



圖2 襯套斷口掃描電鏡


沿軸向研磨、拋光、腐蝕,觀察裂紋及金相組織情況,如圖3所示。裂紋呈不規則連續狀,有分叉、尾部較尖銳呈樹枝狀,與應力腐蝕裂紋的典型特征相吻合,因而我們初步判定該裂紋是應力腐蝕裂紋。金相組織為α相+極少量點狀β相,且組織中有明顯的滑移線,裂紋襯套帶狀組織明顯。



圖3 裂紋處金相組織


2.4 有限元分析
襯套為過盈配合,過盈量:0.069~0.100mm,有限元分析襯套裝配應力(未安裝火花塞),圖4為襯套裝配態的第一主應力云圖,亮色區域為拉應力區。可見在襯套臺肩上方外壁與倒角外壁處和細頸內表面的拉應力較大,與實際裂紋起源位置一致。襯套細頸內表面拉應力雖然較大,但無密封膠,無應力腐蝕條件。



圖4 襯套裝配態的第一主應力云圖


三、結論與分析


襯套毛坯在工藝溫度650~800℃熱壓力加工成形后,放置在空氣中,自然冷卻至室溫。資料中介紹:所有黃銅在200~700℃之間均有一個脆性區,熱壓力加工溫度應不低于700℃。下限溫度偏低,材料容易產生開裂傾向;毛坯成形難度增加,殘余應力較大。

襯套在機械加工過程中,與刀具頻繁接觸、受力,尺寸發生變化,必然產生一定數量的殘余應力;數控機床精加工使用的切削液含有S、鹵族元素等添加劑,使得襯套在一定時間內處在潮濕、腐蝕環境中。

襯套與缸蓋之間是過盈配合,壓力裝配后,在襯套臺肩上方外壁與倒角外壁處產生了較大的拉應力;裝配時涂在襯套臺肩處的密封膠基料為甲基丙烯酸酯,含有氨基催化劑,為襯套提供了弱腐蝕工作環境。缸蓋進行水壓密封試驗時,襯套臺肩外壁處受力,產生裂紋并迅速擴展;襯套細頸內表面拉應力雖然較大,但未接觸密封膠,應力腐蝕條件差。


四、結束語


1)襯套裂紋機制為應力腐蝕沿晶脆性開裂。

2)襯套裂紋集中出現在某月份,之前未出現批量裂紋故障,通過以上分析,確定襯套存在批次質量問題,襯套加工過程中殘余應力過大,導致襯套在裝配后附加拉應力及密封膠(或加工過程中切削液)弱腐蝕環境下發生應力腐蝕開裂。

參考文獻:略。


作者:關慧歡,張懷青,徐繼東

單位:濰柴動力股份有限公司


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2021年3月5日 6:46 [天津市静海县网友]

帝森克虏伯和你们有合作吗，他们的采购说让我们问你们定购精密钢管16*5.

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2021年3月5日 5:54 [贵州省遵义市网友]

请问你们美标管做吗？

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2021年3月5日 5:12 不稀罕 [广西壮族自治区市辖区网友]

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2021年3月5日 4:14 [江西省市辖区网友]

想问您一下，德国钢号 ST37是什么钢管的钢号？你们可以做吗？

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2021年3月5日 4:00 [河南省卫辉市网友]

请问，你们厂在哪里？想过来考察一下。

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请问，你们管子最长做多长？

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请问，你们欧标管做吗？

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2021年3月5日 2:44 [河南省淮滨县网友]

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2021年3月5日 2:41 [内蒙古自治区敖汉旗网友]

专业的厂家！

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2021年3月5日 1:27 [辽宁省西丰县网友]

钢管的直线度怎么量的？

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2021年3月5日 0:59 [湖南省湘潭市网友]

品质保证，质量第一。

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2021年3月5日 0:46 [宁夏回族自治区市辖区网友]

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2021年3月5日 0:43 朱砂点眉 [甘肃省市辖区网友]

表面处理厂家吗？

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2021年3月4日 23:12 [广东省潮州市网友]

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2021年3月4日 22:28 [云南省石屏县网友]

请问你们德标管做吗？

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2021年3月4日 22:17 [山东省德州市网友]

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2021年3月4日 21:20 [广东省市辖区网友]

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2021年3月4日 20:23 [云南省蒙自市网友]

请问您 有EN10305的标准下载吗？发一个到我邮箱，邮箱已经留言到你微信了。

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2021年3月4日 17:54 [甘肃省网友]

请问你们精密管都有哪些规格？

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2021年3月4日 15:07 [广东省遂溪县网友]

请问，你们减震器钢管做吗？什么价格？

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2021年3月4日 14:25 [山东省武城县网友]

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2021年3月4日 12:52 [吉林省绿园区网友]

局部镀锡怎么镀？

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2021年3月4日 11:48 [浙江省市辖区网友]

请问，问你们定购钢管 交货期一搬多少天？

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2021年3月4日 11:38 [内蒙古自治区额尔古纳市网友]

你的微信号是多少？有个精密管问题想请教您一下。

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2021年3月4日 10:46 [湖南省临湘市网友]

您的手机号码是多少？有个钢管问题想请教一下。

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2021年3月4日 9:58 [重庆市永川区网友]

请问，你们今天12*1的钢管什么价格？

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2021年3月4日 9:49 [广东省端州区网友]

可以弱弱的问一句，什么是同心度吗？

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2021年3月4日 9:24 [黑龙江省萝北县网友]

请问你们钢管的精度做到多少丝？

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2021年3月4日 8:34 励精图治 [四川省仁和区网友]

请问你们的钢管一搬交货期要多少天？

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2021年3月4日 8:09 离地焰光旗 [新疆维吾尔自治区自治区直辖县级行政区划网友]

直线度是什么？

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