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地磅開裂的原因和處理方法

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地磅開裂的原因和處理方法

發布日期:2017-11-10 作者: 點擊:

  地磅傳感器彈性體會出現開裂的情況,要如何解決呢?今天地磅廠家給大家分析一下原因和處理方案。

  傳感器彈性體開裂原因

  1.試驗方法。采用光學顯微鏡和掃描電鏡分析失效彈性體裂紋和斷口特征,掃描電鏡型號JXA-840AEPMA;用X衍射技術分析失效彈性體表面殘留物成分,X衍射儀型號D/max—rC,掃描角度10°?80°,掃描速度3°/min;用ANSYS有限元軟件分析彈性體受載時彈性體六角頭應力分布。

  2.失效分析。失效開裂2Cr13彈性體化學成分(質量分數)如下:C為0.195%,Mn為0.23%,P為0.027%,S為0.01%,Si為0.50%,Cr為12.52%,Ni為0.12%,Cu為0.12%,V為0.02%,其余為Fe。彈性體采用真空熱處理,彈性體屈服強度要求大于1000MPa。沿失效彈性體縱向制備小型拉伸試棒測試力學性能,結果為抗拉強度1470MPa,屈服強度1100MPa,延伸率11.5%,斷面收縮率50%,硬度46HRC。彈性體工作時,六角頭部位垂直朝下,彈性體六角頭與連接件接觸,該彈性體工作時承受的垂直壓力一般在10?30噸之間。表面殘留物提取及清洗后,失效2Cr13彈性體如圖1(a)所示。六角頭上出現多條裂紋,裂紋均起源于六角頭側面,然后向六角頭心部延伸。在距離彈性體端部6mm深處橫向切開六角頭,試樣經研磨拋光和超聲波清洗。圖1(b)顯示,該部位彈性體已被裂紋貫穿,距離彈性體端面距離處要先于彈性體端面形成貫穿裂紋,這和彈性體受壓時六角頭端面受壓應力而側面范圍內受拉應力有關。

  選取圖1(b)中C、D部位制備試樣,試樣經酸蝕后微觀組織分別對應于圖(c)和圖(d),基體為回火馬氏體組織,晶粒度7級。由圖1(c)、1(d)可見,裂紋起源于彈性體表面,然后沿晶界向內部發展,并呈“樹根”狀分布。用X衍射技術分析失效彈性體表面殘留物成分,殘留物X衍射結果見圖2。X衍射結果顯示彈性體使用

  環境中含有大量硫化物,掃描電鏡能譜進一步分析表明,殘留物中硫元素含量達到4.0%(重量百分比)

  采用ANSYS有限元軟件,選用Solid45單元建模并分析彈性體軸向受載30噸時的應力分布,彈性體六角頭分析結果見圖3。六角頭端面是半徑為160mm球面,彈性體軸向受壓時,六角頭端面受壓應力,邊緣受拉應力,應力是從六角頭中心部位受壓逐步向邊緣受拉過渡。計算表明,六角頭拉應力不在端面邊緣,而是在距離端面6?9mm處六角頭側面的小平面上(圖1(a)箭頭所示),六角頭側面上周向拉應力為127MPa(圖3中MX表示)。有限元分析結果和圖1(a)、1(b)裂紋特征一致。

  失效彈性體化學成分、力學性能和晶粒度的測試結果正常,彈性體采用真空熱處理,加之該彈性體材料碳含量為0.195%,可排除淬火裂紋可能性。失效彈性體存在多個裂紋源,裂紋沿晶界擴展,并呈“樹根”狀分布,裂紋具有應力腐蝕特征。拉應力和腐蝕介質是金屬發生應力腐蝕開裂的兩個必備外部條件。有限元分析表明,當彈性體受30噸加載時,彈性體六角頭側面存在127MPa拉應力,雖然拉應力值遠低于材料屈服強度,但對于應力腐蝕開裂,當拉應力超過該材料應力腐蝕開裂門檻值時裂紋即萌生和擴展。失效彈性體表面殘留物分析結果表明,該彈性體使用環境中存在大量FeS2,硫含量達到4.0%。在硫化物環境中,不銹鋼抗應力腐蝕開裂能力將被大大削弱,硫化物致使不銹鋼開裂已有大量的文獻報道,這些研究認為,硫化物開裂實際上是氫脆所致。2Cr13雖屬不銹鋼,但其碳高、鉻低,中溫回火可導致晶界貧鉻和回火脆性,促進應力腐蝕開裂。

  此外,因彈性元件性能需要,彈性體屈服強度高于1000MPa,在硫化物環境中,當不銹鋼強度超過690MPa,材料將有明顯應力腐蝕傾向,應力腐蝕傾向隨材料強度增加而顯著。

  改進措施

  傳感器彈性體選用2Cr13馬氏體不銹鋼,2Cr13淬火后經高溫回火具有良好的抗弱腐蝕介質能力和綜合機械性能,其調質態組織在汽輪機、醫療器械和塑料模具等行業得到廣泛應用。中溫回火條件下,2Cr13鋼還具有較高的屈強比和優良的滯彈性、常溫蠕變等性能,該鋼還可作為稱重傳感器彈性體使用。作為傳感器的關鍵元件,彈性體強度對傳感器性能起到至關重要作用。為保證傳感器計量性能,對傳感器彈性體加工工藝采取兩點改進措施:①不銹鋼淬火溫度控制在1000°C左右,采用保護氣氛或真空,延長回火時間,回火溫度控制在200C?250C之間;②采用電鍍——鍍銘的表面處理方法。經調整彈性體熱處理工藝和表面處理方式,2Cr13彈性體熱處理后屈服強度要求高于1000MPa。試驗表明,新工藝傳感器應力腐蝕開裂敏感性指數從以前的70%降到了12%。

  應力腐蝕試驗和現場應用驗證

  1.應力腐蝕試驗。采用慢應變應力腐蝕試驗方法(SSRT)驗證和對比工藝改進前后2Cr13彈性體抗應力腐蝕能力,應力腐蝕試驗條件:常溫,應變速率4.17X10-5S-1,3.5%NaCl+0.5%HAc水溶液。有限元分析表明,當彈性體受30噸加載時,彈性體六角頭側面存在103MPa拉應力,較未改進工藝前有所減小。

  2.現場應用驗證。該傳感器生產工藝改進后,于2006年7月份安裝應用,至今未出現類似現象,其計量性能良好,該地磅經多次檢定均合格,且檢定數據證明各項指標良好,改進后的傳感器性能良好現仍在應用。

  結論

  1.應力腐蝕開裂是GD傳感器開裂的根本原因。硫化物環境和彈性體受載時六角頭側面形成的拉應力是GD彈性體應力腐蝕開裂的誘導因素。

  2.經調整彈性體熱處理工藝和表面處理方式,SSRT試驗表明,新GD應力腐蝕開裂敏感性指數從以前的70%降到了12%。

  3.特殊環境下工業企業在選擇地磅時,應當對使用環境加以明示,并保證地磅的使用環境達到使用要求。


本文網址:http://www.sportimagen.com/news/375.html

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