液压油箱加热管漏水原因分析.pdf

＼ 舍 全 舍 舍 舍 舍 ～ 失效分析 ～ 液压油箱加热管漏水原因分析 魏秋华， 吴三陵， 兰萍 内蒙古第一机械制造集团有限公司车辆工程研究院， 内蒙古 包头0 1 4 0 3 2 摘要对发生泄漏的液压油箱加热管进行 了宏观检 察、 化学成分分析 、 力学性 能测试 、 金相分析及 扫描 电 镜分析。结果表明， 加热管内壁 面加 工印痕和沿晶分布的 13及 B 硬脆相 ， 引起应力腐蚀是 导致加 热管开裂泄漏的主要原因。 关键词 加热管 ； 应力腐蚀 ； 硬脆相 中图分类号 T G 1 7 2 ． 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 1 6 9 0 2 0 1 1 0 4 0 0 7 9 0 3 An a l y s i s o n Le a k o f He a t i ng Pi p e f o r Hy d r a ul i c Oi l Ta nk WE I Q i u h u a ， WU S a n l i n g， L A N P i n g R e s e a r c h I n s t i t u t i o n f o r V e h i c l e E n g i n e e r i n g ，I n n e r Mo n g o l i a F i r s t Ma c h i n e r y G r o u p C o ． ， L t d ． ， B a o t o u 0 1 4 0 3 2 ， I n n e r M o n g o l i a C h i n a Abs t r a c t Th e c r a c k e d h e a t i n g p i p e for h y d r a u l i c o i l t a nk wa s ma c r o - e x a mi ne d，c h e mi c a l l y a n a l y z e d，me c h a n i c a l p r o p e r t y t e s t e d，a n d e x a mi n e d u n d e r l i g h t mi c r o s c o p e a n d SEM． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e h e a t i ng p i p e l e a k i n g ma i n l y a r i s e s f r o m s t r e s s c o r r o s i o n r e s u l t i n g f r o m m a c h i n i n g m a r k s o n t h e i n n e r s u r f a c e a n d h a r d b r i t t l e p a n d p p h a s e s d i s t r i b u t e d a t g r a i n b o u n da r i e s ． Ke y wo r ds h e a t i n g p i p e； s t r e s s c o r r o s i o n； ha r d br i t t l e p h a s e 为了保证机动车辆在冬季 能够正常行驶 ， 大型 车辆在液压油箱 内需要设置加热管 ， 以保证液压油 在低温时不会凝结。主要工作原理是将加热管放人 液压油箱中， 再将冷却发动机的热水接入加热管中 形成循环 ， 对液压 油进行加热。加热管工作时 由于 受水 、 油 、 温度 和压力 的共 同作用 ， 常常发生失效 。 某大型车辆 中的加热管在服役 中发生漏水事故 ， 严 重影响了车辆 的正常行驶。该加热管服役时间约为 1 年 ， 工作温度约 1 0 0℃， 工作压力 0 ． 3 0 0 ． 5 0 MP a ， 材质为 H 6 2 Y黄铜， 材料直径 1 2 m m， 壁厚 1 ． 0 m m， 主 要加工过程为下料～软化退火 5 0 0～5 5 0℃， 保温 3 0 m i n ， 空冷 一弯曲成型。 1 加热管的宏观检查 将加热管拆卸后进行宏观检查发现 ， 在弯曲部 分表面有一条沿纵向分布 的细微裂纹 ， 周 围无塑性 变形和其他受力痕迹。用三维视频显微镜的内窥镜 检查 内壁 ， 发现有加工形成 的细微印痕 ， 部分与裂纹 相连 ， 如图 1 所示。 图 1 裂纹位置及宏观形貌 Fi g 1 Cr a c k e d he a t i ng p i pe 2化学成分检验 在裂纹附近截取一块加热管 ， 去除表面污垢进 行化学成分分析 ， 结果列 于表 1 。从分析结果可 以 看 出， 合金元素含量符合标准值 。 3力学性能测试 在加热 管 的任意部 位截 取 两个 拉伸试 样 ， 用 WD W一 3 0 0 C型电子拉力试验机进行拉伸试验 ， 测试 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 1 5 作者简介 魏秋华 1 9 5 8 一 ， 女 ， 河北石家庄人 ， 高级工程师， 主要从事失效分析和金属材料工艺技术工作。 联 系电话 0 4 7 2 3 1 1 6 3 6 8 ，E ma i l c h i n a h y n e t y a h o o ． c o m． c n 热处理 2 0 1 1年第2 6卷第4期 ‘ 7 9 ‘ 结果如表 2所示。由表 2可 知 ， 抗拉 强度 R 较 高 ， 断后伸长率 A 过低。据文献 [ 1 ] 介绍 ， 锌含量 为 4 0 ％的黄铜 ， 断后伸长率应该在 3 0 ％以上。 表 1 加热管的化学成分 质量分数 。 ％ T a b l e 1 Ch e mi c a l c o mp o s i t io n o f t h e h e a t i n g p ip e ma s s f r a c t i o n ， ％ 表2 加热管的力学性能 T a b l e 2 Me c h a n ic a l p r o p e r t ie s o f t h e h e a t i n g p i p e 4 金相分析 在加热管的裂纹部位截取金相试样进行显微观 察发现， 主裂纹起 源于内壁表面 ， 已贯穿管 壁， 为沿 晶开裂 。裂纹尖端及主裂纹两侧有明显分叉 ， 尾部 尖锐 ， 如图 2所示。裂纹附近的显微组织 主要为 13相 ， 在 l O 0 0倍显微镜下进一步观察 ， 发现有许 多颜色明显深 于 B相 的组织 ， 形态有 三角形 、 椭 圆 形和细棒 状 ， 其边界清晰 ， 棱角尖锐 ， 如 图 3所示。 用氯化铁盐酸水溶液浸蚀后观察发现 ， 相有许多 孪晶 ， 其余两相以沿 晶分布为主 ， 晶内分布较少 ， 如 图 4所 示 。 5扫描 电镜 分析 将磨制好 的金相试样置于扫描电镜下观察裂纹 形态， 可 以看到主裂纹 两侧有许多沿晶界扩展 的细 小裂纹分叉 ， 在光学显微镜下不能显现， 扩展方式符 合应力腐 蚀裂纹特征 。用 E D S对颜色 明显深于 B 相的三角形 、 椭圆形和细棒状相进行成分鉴定 ， 其锌 含量为4 3 ． 6 3 ％ ～ 4 5 ． 0 4 ％。 根据其化学成分和形态 分析认为应该是 B 相 ， 如图 5所示。 图 2 裂纹的低倍形貌X 5 0 Fi g． 2 Ma c r o g r a p h o f ,r a c ks 50 | _ 襁 ≮ 。 图 3 裂纹 附近部位 的显微组织 1 0 0 0 Fi g ． 3 Mi c r o s t r uc t ur e i n a r e a l O S e t o c r a c k x 1 0 00 图 4 裂 纹附近部位 的显微 组织 5 0 0 F i g ． 4 Mi c r o s t r ue t u r e i n a r e a l o s e t o c r a c k 5 0 0 图 5 三角形、 椭圆形和细棒状相的 S E M形貌和能谱分析结果 F i g ． 5 S E M mo r p h o l o g y a n d E DS a n a l y s i s o f t r i a n g l e ， o v a l a n d r o d s h a p e d p h a s e s i n t h e h e a t i n g p i p e 热处理 2 0 1 1年第 2 6卷第 4期 帮 纛 0 { 一 舍 舍 仝 舍 舍 舍 ～ 现场经验 ～ 催渗技术提高渗氮效率 田 君 ， 张奇志， 高 军 内蒙古北方重工业集团有限公司， 内蒙古 包头0 1 4 0 3 3 中图分类号 T G 1 5 6 ． 8 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 1 6 9 0 2 0 1 1 0 4 0 0 8 1 0 2 Ac c e l e r a t i ng Ni t r i d i ng by Us e o f En e r g i z e r T I A N J u n ． Z H A N G Q i z h i ．G A 0 J u n I n n e r Mo n g o l i a B e i f a n g H e a v y I n d u s t G r o u p C o ． ，L t d ． ， B a o t o u 0 1 4 0 3 3 ，I n n e r Mo n g o l i a C h i n a 1 稀土渗氮强化机制 随着工业特别是制造业的发展 ， 渗氮工艺的应 用越来越广泛 。渗氮与渗碳的区别在于渗碳是钢在 奥氏体状态渗入碳原子提 高钢件表面碳含量 ， 而渗 氮则是钢在铁素体状态 7 0 0 o C以下 渗入氮原子提 高钢件表面氮含量 ， 由于温度低 ， 氮原子在铁素体中 的扩散速度远低于碳原子在奥氏体 中的扩散速度 ， 因而就 目前在材料的各种表面强化方法 中以气体渗 氮工艺所耗 的时间最长 ， 通 常都需要几十小时。为 此 ， 人们试图采用各种催渗的方法来缩短渗氮周期 ， 收稿 日期 2 0 1 0 ． 0 8 ． 0 4 作者简介 田 君 1 9 5 8 一 ， 男， 内蒙古包头人 ， 高级 工程师， 已发表论文 1 O余篇。联 系电话 0 4 7 2 3 3 8 6 9 5 6 套 套 套 盒 盛 套 客 客 盒 盒 盒 客 盒 套 盒 盒 盒 客 套 盒 客 套 客 套 客 盒 客 盒 客 盒 客 客 盒 文献 [ 2 ] 指 出， 在锌含量为 3 0 ％ ～ 3 2 ％时 B 相 在加工印痕和沿晶分布的硬脆相均促使材料成为开 开始 出现 ， 断后伸长率达到最大值 。B 相边部尖锐 ， 裂敏感金属。 硬而脆 ， 在受力时对周 围的金属会起切 割作用而形 对于黄铜来说 ， 在中性溶液中断裂最为迅速 ， 并 成缺 陷。之后随着锌含量 的增加 p 相增 多， 断后伸 且裂纹会沿晶扩展。加热管在服役中长期受到均属 长率迅速下降， 使材料变脆 。 于中性介质 的液压油和水 的浸泡 ， 因此符合发生应 6 加热管开裂原因 力腐 蚀的 第二 个条 件， 即 特 定介 质环 境。 金属在应力和腐蚀介质的协同作用下发生的破 由于加热管是靠水的循环来加热液压油的， 工 坏为金属的应力腐蚀。这种破坏往往在应力远低于 作时产生的水压作用于管内壁 ， 形成拉应力 ， 这就为 断裂强度而介质的腐蚀性又很微弱的情况下发生。 应力腐蚀的发生提供了应力条件。 应力腐蚀的 发生首先应该具备三个要素， 即敏感金 7 结 论 属 、 特定介质环境和应力状态。 加热管的失效模式为应力腐蚀开裂 ， 裂纹起 源 H 6 2 Y黄铜加热管 为双 相合金 ， 耐腐蚀性低 于 于内壁加工印痕 ， 裂纹的扩展与材料中的 13和 B 相 单相合金， 内壁的加工印痕和沿晶分布的 13 、 p 相更 的分布和数量有关。 会加速腐蚀进程 。根据 闭塞 电池理论 ， 金属表面有 为了预防和避免加热管再度产生应力腐蚀 ， 建 凹坑等缺陷 ， 使得溶液的流动受到限制 ， 结果该处溶 议控制 B和 p 相的数量和分布 ， 或更换成单相铜合 液与整体溶液形成很大差别 ， 导致 电极 电位降低 ， 这 金 ， 以提 高 抗应 力 腐 蚀性 能 ， 延 长 加 热管 的使 用 时凹坑内表面形成阳极 ， 整个外表面形成阴极 ， 构成 寿命。 闭塞 电池使凹坑 内表面发 生阳极反应而水解 ， 在拉 应力作用下发生应力腐蚀。从 以上分析可知 ， 在加 义陬 热管 内壁发现的加工印痕 正好成为应力腐蚀源 ， 而 [ 1 ] 李炯辉， 林德成． 金属材料金相图 谱[ M ] ． 北京 国防工业出版 随着腐蚀的深入 ， 在 o 【 相与 p及 p 相两相界面上 ， 社， 2 0 0 6 ． 因金属变形 时产 生 的滑移 、 位错 、 空位等缺 陷的存 [ 2 ] 郭凯旋． 铜和铜合金牌号与金相图 谱速用速查及金相检测技术 在 ， 加速了这种腐蚀。因此材质为双相合金 、 内壁存 创新应 用指导 手册[ M ] ． 北京 中国 知识出版社， 2 0 0 5 ． 热处理 2 0 1 1年第 2 6卷第 4期 ’ 8 I ．