断裂机制（精选5篇）
断裂机制 篇1
1 纳绕逆冲断裂带的空间展布和两盘的地质概况
纳绕断裂带位于贵州省镇宁县境内, 地理坐标:东经105°52′30″-106°00′00″, 北纬25°32′30″-25°40′00″, 处于扬子陆块与右江造山带交接部位, 西边为黔西南推覆构造带, 东南部为北东—南西向发育的花陇褶皱断裂带, 而北西—南东向发育的紫云——水城断裂带由东向西分布于区内。纳绕逆冲断裂带北西部起于这岜, 经弄袍、新寨、纳绕、牛场、大树脚、打厂、堡上一带。总体走向北西—南东, 全长约15km, 宽8km (见图1) , 断裂带下盘为三叠系许滿组粉晶灰岩, 上盘为石炭系沙子沟组砂页岩, 粘土岩及灰岩组成。是紫云—水城断裂带重要组成部分。
2 纳绕逆冲断裂带的特征
2.1 断裂带的形态及地貌特征
纳绕逆冲断裂带形成于燕山期, 后又受北东向构造的改造, 在喜马拉雅山期上升剥蚀, 出现大量的河流阶地。地貌主要为碎屑岩地貌, 地形切割强烈, 沟谷纵横, 主要河流乐运河从区内南东部经过, 河流水系总体显示为南东和南西向, 地形起伏较大, 一般相对高差为500m~700m, 总体地形呈北高南低之势。区内植被覆盖程度较低, 水土流失严重, 容易产生泥石流、滑坡等地质灾害。纳绕断裂带由岜解断层、岜塘断层、弄袍断层、新寨断层、牛场断层以及纳绕背斜组成, 断层特征见表1。
这一系列断层均为倾向北东, 倾角大于40°的走滑性逆冲断层, 在平面上表现为平行展布, 剖面上组成叠瓦状。这些断层以岜解层为前锋主基断层, 其余均在主基断层之上发育起来的后发展式走滑逆冲断层。在这些断层之上牵引形成的纳绕背斜, 其枢纽走向北西——南东, 南东端扬起, 北西端倾伏, 轴面倾向北东。背斜在北西端南西翼地层倒转, 往南东端南西翼地层逐渐转为正常。而岜解断层和岜塘断层随着背斜南西地层由倒转变为正常而发生变化, 由倾向北东转为倾向南西 (图2) 。背斜核部出露最老地层为石炭系中坝组的灰岩, 两翼地层均为石炭系、二叠系和三叠系。
2.2 运动学特征分析
纳绕断裂带总体由北东向南西方向逆冲, 具有向北西方向平行滑动的走滑位移, 其运动学标志有: (1) 逆冲系统中背斜南西翼地层倾角陡, 而北东翼倾角缓, 也即褶皱降向南西; (2) 背斜枢纽不是水平, 而是向北西倾伏, 说明运动过程中有向北西方向滑动的位移; (3) 地层总体配置关系为老地层逆冲在新地层之上; (4) 断层总体组合形式为后展式叠瓦状构造, 断层倾向后缘, 即断层倾向都是为北东向; (5) 在断层裂带南西面出现强烈挤压带, 即前缘推挤带。
纳绕断裂带中各断层的切削、推掩和其间的关系, 是以岜解断层为主基断层, 在纳绕背斜的基础上发育起来的一系列后展式高角度走滑逆冲断层, 其形式顺序为:岜解断层、岜塘断层、弄袍断层、新寨断层、牛场断层。平面上呈平行排列, 剖面上表现为上陡下缓呈叠瓦状组合, 最后交于主基断层之上。断层牵引形成的纳绕背斜, 北西端倒转而南东端正常的特点, 可看出, 该断裂带北西端移动距离大, 而南东端移动距离较小。
3 浅析纳绕逆冲断裂带的形成机制
纳绕逆冲断裂带形成于燕山期。从拉丁期末开始至卡尼期, 右江盆地向扬子台地迁移, 晚三叠世晚期, 受强烈挤压作用, 盆地闭合, 出现造山型褶皱。在燕山期其继承了前期构造格架, 形成多次构造运动的叠加, 加速区内褶皱造山作用, 地层发生大规模的褶皱缩短, 形成区内构造带。纳绕逆冲断裂带在此期内是受北东——南西向构造应力的强烈侧向挤压作用形成, 而断裂带内地层、构造和岩石能干性差异的存在是其形成的重要因素。断裂带发育在纳绕背斜的南西端, 组合为叠瓦状, 且沿一定的能干性较小的岩层—滑脱层逆冲, 背斜南西翼地层遭到破坏, 具有明显的先褶后断的特点。当背斜隆起时, 岩层体所受的外力超过岩石本身的抗剪强度时就会使岩层发生断裂, 在背斜南西翼首先产生位移, 即形成岜解断层。当侧向挤压应力继续加大, 能干性大的岩层体沿能干性小的岩层体滑动, 岩层体所受外力超过岩石本身的抗剪强度时, 即使岩层发生断裂, 并产生切层位移, 形成新的逆冲断层。从纳绕背斜北西端倒转, 南东端正常可以看出, 在断裂形成过程中, 北西面受应力强, 移动距离大, 使地层倒转, 南东面受应力小, 移动距离不大, 褶皱未倒转。
4 结语
断层均为倾向北东, 倾角大于40°的走滑性逆冲断层, 在平面上表现为平行展布, 剖面上组成上陡下缓的叠瓦状, 最后交于主基断层 (岜解断层) 之上。
纳绕断裂带在逆冲系统前面形成推挤带 (八大一带) , 后面形成牵引背斜 (纳绕背斜) , 该断裂带北西端移动距离大, 而南东端移动距离较小。
纳绕逆冲断裂带的形成, 是受北东——南西向构造应力的强烈侧向挤压作用形成, 而断裂带内地层、构造和岩石能干性差异的存在是其形成的重要因素。
摘要：本文根据纳绕逆冲断裂带的分布及特征, 从构造线的几何学、运动学等进行了研究, 并浅析纳绕裂逆冲断裂带的形成机制, 这一系列北西向构造是倾向北东的叠瓦式逆冲断层, 其在逆冲系统前面形成推挤带, 后面形成牵引背斜。同时这些北西-南东向叠瓦状逆冲断层为紫云—水城断裂带的重要组成部分, 进一步证实紫云—水城断裂带在区内的存在。
关键词：逆冲断裂,叠瓦式,特征,纳绕,机制
参考文献
[1]贵州地矿局.贵州省区域地质志[M].北京:地质出版社, 1987.
[2]贵州省地矿局1/20万安龙、兴仁幅区域地质调查报告, 1980.
[3]贵州省地矿局.112地质大队.紫云达邦铅锌矿普查报告, 2005.
断裂机制 篇2
过去的一周，乐视网经历了惊心动魄的时刻。11月2日、3日连续两日，乐视网遭遇砸盘，股价累计跌逾8%，市值蒸发80多亿。乐视还被曝出欠供应商一百多亿，已经被拒绝供货。
甚至有传闻乐视控股CEO贾跃亭跑路，引发市场恐慌，贾跃亭却一如既往的淡定。
就在新的一周即将开始之际，贾跃亭发布内部邮件，在邮件中贾跃亭一反常态，首度承认乐视控股公司节奏过快并进行反思。
贾跃亭这封邮件有几个核心信息：
1，乐视汽车前期投入巨大，陆续花掉100多亿的自有资金，直接导致贾跃亭个人对LeEco的资金支持不足;
2，乐视融资能力不强，方式单一、资本结构不合理，外部融资规模难以满足快速放大的资金需求。虽然乐视打赢了一场又一场战役，但乐视粮草供应不及时，后劲已经明显乏力。
3，乐视今年新增超过5000名员工，人员扩张速度业界罕见。随之出现了“大公司病”苗头甚至一些人浮于事及组织效能不高等问题。
4，LeEco旗下子生态从烧钱扩张，转向做深做透市场;从粗放经营转向价值挖掘和提升，快速、极致、高效服务高价值规模用户人群。七大子生态独立奔跑、快速扩张告一段落。
5，过往两年，贾跃亭把很多精力放在全生态的布局和发展上。新阶段，贾跃亭会对上市公司乐视网投入更多精力，加速几个优势板块的发力。
6，为了承担责任，同时向外界展示信心，即日起，贾跃亭自愿永远只领取公司1元年薪。
贾跃亭这封邮件透露的信息非常关键，这是乐视过去几年发展以来首次宣布停止快速扩张。
如今乐视控股尽管前景向好，但乐视汽车、乐视手机等业务，都是烧钱业务，加之乐视控股相继控股酷派，斥资20亿美元买美国智能电视生产商Vizio，买雅虎土地，资金链日益趋紧。
乐视子业务暂时难再融资
一方面是贾跃亭股票被抵押。另一方面是子公司乐视体育、乐视汽车融资，乐视控股与投资人签订苛刻协议，如乐视汽车可转债票面年利率为12%，由贾跃亭提供无限连带责任担保。
乐视体育同样有这样的承诺。在乐视体育与投资人的协议中，公司承诺若在12月31日前未能完成独立上市工作，将与股东探讨尽快通过包括但不限于借壳等方案实现上市。
乐视生态很多子业务已很难再融资，贾跃亭股票也很难再抵押，乐视网又刚刚完成48亿元的定增，很难再有其他途径融资，这就好比一列快速火车在冲向悬崖，必须得快速的刹车。
在贾跃亭这次内部邮件中，其透露在深创投、联想控股、泛海、新华联、平安系资本等国资和实力民企的信任与支持下，乐视汽车10.8亿美元首轮融资已经完成。
这说明乐视的新业务其实被柳传志等传统大佬看好，向前发展的问题并不大。
“加上此前投入的自有资金，已能基本满足汽车生态需求，自此不再需要我个人和LeEco的资金支持。”贾跃亭的言下之意是，投资人不必再担心乐视汽车拖累乐视生态的问题。
不过，对于乐视控股而言，当前最要命的是乐视手机业务，就像个巨型炸弹一样拖累乐视。
“开始让我警觉的是好评如潮的乐Pro 3供货出现问题。乐视手机推出一年多做到其它厂商用几年才达到的销量，前端发力狂奔，我们的后台服务却无法提供充分支撑。”
贾跃亭说，近几个月以来，乐Pro 3供应链压力骤增，再加上一贯伴随LeEco发展的资金问题，导致供应紧张，对手机业务持续发展造成极大影响。
实际上，这次上演的供应商讨债**就和乐视手机有很大关系。知情人士对雷帝网透露，乐Pro 3手机卖掉太好，但最大问题是，卖一台要亏几百，长期下去，对乐视就是一个无底洞。
严重的地方在于，乐视控股7个生态环环相扣，很多业务涉及到贾跃亭的担保问题，一旦乐视手机这一块拖得太厉害，可能引发乐视生态的灾难，而真正炸弹则在业绩承诺补偿和回购。
经历磨难 才能长成参天大树
这一次乐视网遭遇砸盘，很重要原因是，乐视发布会很多时候都是展示PPT，外界很难看到实物，因此产生了很多质疑。最近案例是，LeSEE Pro电动汽车未能在乐视美国发布会亮相。
实际上，乐视电视、乐视汽车，贾跃亭还是在将梦想逐渐变为现实。只是乐视过去几年一路狂奔之中也存在很大问题：蒙眼狂奔、烧钱追求规模扩张同时，全球化战线一下子拉得过长。
在这次的内部邮件中，贾跃亭开出了几个药方：
1，立即着手优化供应链，与上下游厂商结成生态伙伴，不让伙伴在与乐视合作中受到伤害;
2，继续坚定推进O2O自营销售体系的改革与建设，加速落实与乐视共同坚守生态理想的LePar生态伙伴价值分享机制;
3，精简开支、强化成本管控意识和经营意识，保证生态经营性现金流为正并快速增长;
4，培育中的业务须尽快实现造血功能，经营进入正循环轨道;积极破界创新、锤炼生态价值的提升与创造能力;长短期策略并用，达成资本管理与公司长期价值回报之间的平衡。
“危机”往往并非坏事，当年3Q大战后，一个崭新的腾讯诞生。而这次乐视“急刹车”好的地方在于，贾跃亭终于意识到了危险，经过战略调整后，只要策略正确，就能转危为安。
过去这么多年，BAT在中国互联网生态中已凝结成了板状结构，在人们一片质疑和声讨中，乐视却逐渐走了出来，相继有了乐视体育、乐视汽车等，并成为中国互联网的明星企业。
一位业内人士指出，贾跃亭是一个枭雄，尽管长期资金链紧张，但恰恰是这种吸纳牛人、引入战略投资的方式，在BAT这种板状结构中杀出了一条血路，这也是贾跃亭的过人之处。
现在的问题是，当这一些解决资金链短缺的方法用到极致后，贾跃亭和乐视正遭遇新的困境。
而乐视这次业务“急刹车”也会带来一些问题，若裁员，人心不稳;组织架构调整，会面临人才流失;声誉损失，市场不领情，进而又融资困难。刹车考验人性：共患难者有人几许?
贾跃亭说，这次教训如此深远。乐视的核心价值观不变，颠覆精神不会变，生态战略更不会改变。但，我们要开始调整我们的战略实现节奏、优化我们的经营策略、变革我们的组织。
面对如今的乐视危局，易凯资本CEO王冉评论说，每家最终长成参天大树的公司在成长的过程中都会遇到磨难，BAT没有例外，乐视也不会例外。加油，祝福。
最后，用贾跃亭在朋友圈一段话结束：
蒙眼狂奔，我们在沙漠种下梦想的果。
浑身伤痛，能不能算收获?
从不回头，用坚韧将梦想的锁打破;
冷漠的人，谢谢你们曾经看轻我，
让我们不低头更精彩的活。
海阔天空 狂风暴雨以后，
转过头，对磨难一笑而过。
最懂我的人，谢谢一路默默的陪我，
让我拥有好故事可以说。
看未来，一步步来了。
断裂机制 篇3
随着CAE(计算机辅助设计)在汽车设计的应用越来越广泛,对材料数据输入的准确性要求越来越高。其中碰撞模拟所需的材料数据除了高速拉伸曲线以外,对材料失效断裂的定义近期越来越受到关注。目前,国内大多数汽车厂商在碰撞模拟过程中对材料失效断裂的定义是以单向拉伸的断裂应变单一值确定。但金属板材的断裂特性是与应力状态相关的,即不同应力状态下金属板材表现出的断裂应变是不同的,因此用单一值定义材料失效断裂存在偏差。
通过设计不同应力状态下的材料断裂试验,获取金属材料断裂模型所需试验数据,对试验数据进行处理,通过有限元仿真获取3种材料的断裂参数,并分别采用MMC断裂模型、CL断裂模型以及LS-DYNA中的MAT24模型表征3种材料的断裂特性。通过模拟对比分析,验证MMC断裂模型的准确性。
2 试验
2.1 试验方法
试验材料为一种常见的汽车用金属板材。试验种类包括金属板材材料的单向拉伸试验(与轧制方向角度为0°、45°、90°)、剪切试验、拉剪试验、R5缺口拉伸试验和中心孔拉伸试验,每个应变率试验至少重复5次后,取数据位于中间的曲线进行数据处理。单向拉伸试验参照GB/T228.1的规定[1],其它试验试样尺寸如图1所示。
本试验的钢板材料具有明显的各向异性,则在材料塑性行为的表征中使用Hill48各向异性模型及MAT122材料卡。断裂研究中,采用MMC(Modified Mohr-Coulomb)断裂模型[2]、Cockcrof-Latham断裂[3]配合LS-DYNA软件中的MAT_ADD_EROSION卡片以及只采用MAT24材料卡进行断裂模拟。最后将MMC和CL模型分析结果与常规的MAT24进行对比,比较不同仿真方法的差异,以便选择合适的金属板材断裂分析方法。
2.2 试验设备
加载设备采用通用电子万能试验机,万能试验机自带力传感器测量拉伸载荷,获得拉伸试验的力对位移曲线。采用低速摄像机拍摄试验过程中的试样二维变形,并通过图片分析系统分析试验录像,计算试样静态变形,获取样件局部断裂部位的等效失效应变。
3 结果及数据处理
3.1 试验结果
试验数据如图2所示。
3.2 数据处理
3.2.1 单向拉伸试验数据处理
载荷与试件初始横截面积的比值为工程应力,非接触测量可以同时获得工程轴向应变和横向应变。使用工程应力应变曲线计算弹性模量、泊松比、屈服强度。
真实应变计算如下。
式中,ε为工程应变。
真实应力计算如下。
式中,σ为工程应力;εtransverse为横向工程应变。
塑性应变的计算如下。
式中,εplastic为塑性应变;εT为真实应变;σT为真实应力;E为弹性模量。
截取塑性应变为零至抗拉强度数据,采用Swift方程进行拟合外推。
式中,σp为流动应力;εpl为塑性应变;ε0为常数。
3.2.2 各向异性材料参数标定
各向异性材料模拟时采用Hill48模型,对应LS-DYNA中MAT122材料卡,Hill48模型常使用0°、45°和90°3个方向的单向拉伸试验结果进行标定,标定方法如下。
采用各方向单向拉伸试验结果中临近颈缩的18%塑性应变的归一化流动应力对各向异性进行描述,0°、45°、90°3个方向的单向拉伸试验结果进行标定。
式中,σBN为等效塑性应变下的双向拉伸流动应力,无法通过试验获取,采用试验结合有限元逆向方法确定,以实现所有参数标定,优化后的σBN为0.85,计算如下。
而仿真输入需要的是3个方向的R值即R00、R45和R90,计算如下。
最终计算得到R00=1.678 76,R45=1.494 72,R90=1.794 69。
3.2.3 断裂参数标定
在不输入断裂情况下进行模拟仿真,从仿真结果中可以提取得到各试验断裂关键单元的应力三轴度、洛德角以及等效塑性应变之间的关系,结合各断裂准则方程(公式14、15),通过编制matlab程序,采用损伤累积的方法来确定断裂,标定完成的参数如表1所示。MMC断裂准则如下。
CL断裂准则计算如下。
损伤系数计算如下。
4 材料卡建立与模拟对标
4.1 弹塑性材料卡建立
模拟采用Hill48模型即MAT122材料卡进行模拟,除了输入0°单向拉伸得到的拟合外推曲线外,还需要输入计算得到的R00、R45、R90。模拟输入如图3所示。
4.2 断裂模拟输入
从无断裂仿真结果中提取应力三轴度、洛德角和等效塑性应变的曲线,采用编制的优化软件进行断裂准则的标定。在仿真模拟时,添加MAT_ADD_EROSION选项,MMC断裂准则输入如图4所示,CL断裂准则输入如图5所示,MAT24直接输入断裂应变。
4.3 仿真模型概述
使用Hyper Mesh软件进行网格划分,测量段最小单元尺寸均为0.3 mm左右。
按照试验设置要求,将试样静端进行约束*BOUNDARY_SPC_SET,约束相关节点的6个自由度,动端使用*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION关键字模拟对试样速度加载。使用MAT122号材料卡*MAT_HILL_3R模拟该材料力学行为,弹塑性部分材料卡输入见4.1节,断裂部分材料卡输入见4.2节。*SECTION_SHELL关键字赋予几何属性。使用*DEFINE_TABLE和*DE-FINE_CURVE关键字输入一组应变率效应的真实应力-塑性应变曲线。单向拉伸、剪切、拉剪、R5缺口拉伸、中心孔拉伸模型,通过在测量段设置横截面*DATABASE_CROSS_SEC-TION_PLANE定义拉伸载荷输出,在测量段两端选取2个节点(测量段两端的白色圆点),定义*DATA-BASE_HISTORY_NODE,通过计算这两个点的相对拉伸方向位移获得拉伸变形。仿真模型示意如图6所示。将仿真获得的载荷对位移曲线和试验进行比对,如果结果偏差大则改进仿真模型,提高模拟预测精度,直到完成对标。
4.4 模拟结果
材料模拟结果对比如图7~图10所示。计算仿真模拟剪切、拉剪、缺口拉伸及中心孔拉伸等试验过程,通过不同断裂模型准则计算结果与实际试验结果的对比,选择更接近实际试验结果的断裂准则。从模拟结果中可以看出,MMC断裂准则的选择,使模拟结果相对其它断裂准则更接近实际试验结果。
5 结束语
本文选择的金属板材各向异性程度高,实际使用时采用MAT122材料卡(Hill48各向异性模型)可以较好描述其弹塑性能,采用MMC断裂准则的模拟结果总体可以更加准确描述材料的断裂特性,其次为CL断裂准则,采用MAT24描述材料断裂特性最不准确,故在实际使用时采用MMC断裂准则描述断裂特性的精度最高。
参考文献
[1]GB/T 228.1,金属材料室温拉伸试验方法[S].
[2]M Dunand,D Mohr.On the predictive capabilities of the shear modified Gurson and the modified Mohr-Coulomb fracture models over a wide range of stress triaxialities and Lode angles[J],Journal of the Mechanics&Physics of Solids,2011,59(7):1374-1394.
吊环断裂失效分析 篇4
1 宏观检查
该吊环断裂部位位于吊环螺纹处, 断口与螺纹孔平齐, 属于该吊环最大承载处。断口形貌如图1所示, 断裂面与拉伸应力方向垂直, 断口由具有光泽的结晶亮面组成, 在断口边缘未见异常的缺陷。
2 微观检查
将该吊环的断口放入S-3700N型扫描电镜中进行微观形貌分析, 断口边缘为韧窝, 其余部位呈现解理断裂形貌, 如图2、图3所示, 由此可判定该吊环在断裂前期存在一定的颈缩现象, 属于典型的拉伸断口。
3 化学成分检测
在断口附近取样检测化学成分, 结果如表1所示。从表1可知, 该吊环的成分与20#钢相似。
4 金相检查
在断口附近取样做金相检查, 根据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》评定, 该吊环的非金属夹杂物级别为:B1, C2.5e, D1 (见图4) , 说明该吊环原材料的洁净度较差。根据GB/T13299-91《钢的显微组织评定方法》评定, 吊环基体组织为2级魏氏组织 (见图5) 。螺纹牙底区域未见明显的机加工缺陷以及氧化脱碳现象, 螺牙区域组织与基体组织相同, 如图6所示。
5 分析意见
综上所述, 该吊环属于拉伸断裂, 该吊环的组织与该类型钢材锻造后未经热处理的组织类似[1], 致使组织中存在魏氏组织, 魏氏组织的出现极大地降低了该吊环的强度及韧性[2], 从而使该吊环在使用过程中承受的吨位急剧降低, 产生早期断裂。
参考文献
[1]李炯辉.金属材料金相图谱[M].北京:机械工业出版社, 2006.
风机主轴断裂分析 篇5
二〇一二年四月十日, 公司预应力3号生产线绞线机主轴突然发生断裂, 造成3号生产线停产72小时。经公司技术部、生产部、设备部核查现公司供应部提供以下材料:
1.1 主轴供应方提供以下书面材料 (复印件)
1) 主轴产品合格证;2) 主轴超声波探伤报告;3) 主轴设计草图;4) 原材料质保书;5) 调质硬度检测原始记录。
1.2 提供以下分析试样
经主轴供应商, 公司设备部、公司质检部现场取得断裂主轴一段, 带断口, 约1m长。编号:UC230-4。材质系45号钢, 经毛坯锻造、调质处理和精加工成风机主轴 (如下图尺寸) 。装配上风机后, 在开始正常使用初期发生断裂, 断裂位置在主轴从最大直径φ805mm到φ480mm小直径的过渡处 (见下图) 。该主轴有原材料的合格质保书、调质后表面硬度合格的检测记录, 以及超声波探伤合格记录。主轴供应商为调查断裂原因委托总公司质检测中心对断裂主轴进行原因分析。
2 检验过程
2.1 检验依据：
GB/T699-1999
2.2 检验标准:
GB/T4336-2002、GB/T231.1-2009、GB/T13299-1991等
2.3 检验设备:
直读:PDA—7000;电拉:WAW—100;洛氏:ATK—F1000;布氏:HB—3000;维氏:HVS—10;金相显微镜:PME3
2.4 样品情况
样品送到检测中心因主轴断裂时间已久, 断面已经开始生锈 (见图1) 。断口为瞬间断裂形貌, 可以看出断面表面圆环状的细晶区和心部圆面粗晶区 (见图2) 。断口表面没有明显的断裂源 (见图3) , 细晶区能看见解理断口形貌 (见图3) 和韧性断裂形貌 (见图4) , 且断口表面光滑细腻;粗晶区全部为韧性断口形貌, 表面粗糙 (见图1) 。
2.5 样品理化检验的结果
2.5.1 低倍检测
2.5.2 表面细晶区到心部粗晶区的硬度检测
2.5.3 化学成分检测
主轴金相检验发现表面的晶粒度为9.0级 (见图6) , 心部的晶粒度为7.5~7.0级 (见图7) , 且心部由于有枝晶的存在造成心部组织的混晶和偏析 (见图8、9) 。组织都为珠光体+铁素体 (见图6~10) 。粗晶区断裂沿枝晶扩展 (见图10~11) 。
3 分析
硬度检测可以判断热处理深度约60mm (与断口形貌相符) , 热处理后的组织均匀细腻, 以筒体的形式包裹在组织粗糙的心部基体上。这种结构不利于内应力的释放。
主轴表面和心部的化学成分符合GB/T699-1999中45#钢的要求, 检测结果误差符合GB/T222-2006的要求。
45#钢属过共析钢, 碳过饱和熔解在铁素体晶体内, 致使铁素体晶格常数发生变化, 铁素体本身就存在较大的内应力;再此主轴表面和心部的晶粒度存在差异、主轴心部有枝晶存在, 造成内部和表面应力的不均衡, 形成内部结构应力和组织应力大于表面应力的现象 (见图1) 。
另一方面, 主轴的设计草图可以看出, 断裂部位正好在力矩转换应力变化最大处。在开车和刹车的过程中, 由于能量的传递, 最大切向应力首先在此表面集中。
由此可以推断该主轴断裂的过程:集聚大量内应力的主轴, 在最大切向应力集中处, 多次受到切向应力的冲击。当切向冲击力和主轴的内应力叠加后大于材料所能够承受的最大力时, 在主轴应力集中处 (细晶区和粗晶区的交界处) 首先发生细晶区的解理断裂, 产生断裂裂纹 (见图2) 。随着应力的释放、裂纹扩展, 造成粗晶区和对应细晶区的韧性撕裂。由于断裂开始是切向应力诱发的, 因此在断口上就表现为细晶区的解理断口形貌和粗晶区细腻韧性断口形貌;断裂后期断面主要受力为轴向, 断口就表现为粗糙的韧性断口形貌 (见图1~4) 。
4 分析结果
有组织应力和结晶应力的主轴, 在开车和刹车的过程中, 叠加最大切向应力是造成主轴断裂的主要原因。
5 建议
加强主轴的生产控制和检测:
1) 在锻造过程中, 加强对锻件压缩比的控制, 消除枝晶、细化晶粒;
2) 在热处理过程中, 寻找热处理能力强的单位、制定合理的热处理工艺, 控制主轴表面细晶区的组织和厚度, 以满足设计的要求;
3) 加强超声波纵波和横波检测, 防止主轴出现内部缺陷;
4) 还可以增加别的生产工艺, 以减小主轴的组织应力和结晶应力等所产生的内应力。
摘要：采用金相检验, 硬度测试及化学成分分析等方法对断裂主轴材质断裂的原因进行分析。结果表明, 由于零件在加工后未按要求进行热处理, 导致出现非正常组织, 降低了零件的硬度和强韧性。另一方面, 从主轴的设计图可以看出, 断裂部位正好在力矩转换应力变化最大处。在开车和刹车的过程中, 由于能量的传递, 最大切向应力首先在此表面集中, 是导致主轴断裂的原因。