发布时间：2021-04-02点击：2756
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洗螅�，，，，，，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
