1. Теоретическая проверка и анализ
Из 3вентили шинОбразцы, предоставленные компанией, 2 из них — клапаны, а 1 — клапан, который еще не использовался. Для A и B клапан, который не использовался, отмечен серым цветом. Комплексный рисунок 1. Внешняя поверхность клапана A неглубокая, внешняя поверхность клапана B — поверхность, внешняя поверхность клапана C — поверхность, а внешняя поверхность клапана C — поверхность. Клапаны A и B покрыты продуктами коррозии. Клапаны A и B треснули на изгибах, внешняя часть изгиба проходит вдоль клапана, горловина кольца клапана B треснула к концу, и отмечена белая стрелка между треснувшими поверхностями на поверхности клапана A. Из вышеизложенного видно, что трещины есть везде, трещины самые большие, и трещины есть везде.
Разделклапан шиныОбразцы A, B и C были вырезаны из изгиба, и морфология поверхности наблюдалась с помощью сканирующего электронного микроскопа ZEISS-SUPRA55, а состав микрообласти анализировался с помощью EDS. На рисунке 2 (а) показана микроструктура поверхности клапана B. Видно, что на поверхности имеется много белых и ярких частиц (указано белыми стрелками на рисунке), а анализ EDS белых частиц имеет высокое содержание S. Результаты анализа энергетического спектра белых частиц показаны на рисунке 2 (б).
Рисунки 2(c) и (e) представляют собой микроструктуры поверхности клапана B. Из рисунка 2(c) видно, что поверхность почти полностью покрыта продуктами коррозии, а коррозионные элементы продуктов коррозии по анализу энергетического спектра в основном включают S, Cl и O, содержание S в отдельных позициях выше, а результаты анализа энергетического спектра показаны на рисунке 2(d). Из рисунка 2(e) видно, что вдоль кольца клапана на поверхности клапана A имеются микротрещины. Рисунки 2(f) и (g) представляют собой микроморфологии поверхности клапана C, поверхность также полностью покрыта продуктами коррозии, а коррозионные элементы также включают S, Cl и O, аналогично рисунку 2(e). Причиной растрескивания может быть коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) по анализу продуктов коррозии на поверхности клапана. Рис. 2(h) также представляет собой микроструктуру поверхности клапана C. Видно, что поверхность относительно чистая, а химический состав поверхности, проанализированный методом EDS, аналогичен химическому составу медного сплава, что указывает на то, что клапан не подвергся коррозии. Сравнивая микроскопическую морфологию и химический состав трех поверхностей клапана, можно увидеть, что в окружающей среде присутствуют коррозионные среды, такие как S, O и Cl.
Трещина клапана B была открыта в результате испытания на изгиб, и было обнаружено, что трещина не проникла через все поперечное сечение клапана, треснула со стороны заднего изгиба и не треснула со стороны, противоположной заднему изгибу клапана. Визуальный осмотр излома показывает, что цвет излома темный, что указывает на то, что излом подвергся коррозии, а некоторые части излома имеют темный цвет, что указывает на то, что коррозия в этих частях более серьезная. Излом клапана B наблюдался под сканирующим электронным микроскопом, как показано на рисунке 3. Рисунок 3 (а) показывает макроскопический вид излома клапана B. Можно увидеть, что внешний излом около клапана был покрыт продуктами коррозии, что снова указывает на наличие коррозионной среды в окружающей среде. Согласно анализу энергетического спектра, химическими компонентами продукта коррозии в основном являются S, Cl и O, а содержание S и O относительно высоко, как показано на рисунке 3 (б). Наблюдая за поверхностью излома, обнаруживается, что характер роста трещины идет по кристаллическому типу. Большое количество вторичных трещин также можно увидеть, наблюдая за изломом при большем увеличении, как показано на рисунке 3(c). Вторичные трещины отмечены белыми стрелками на рисунке. Продукты коррозии и закономерности роста трещин на поверхности излома снова демонстрируют характеристики коррозионного растрескивания под напряжением.
Трещина клапана A не была открыта, удалите часть клапана (включая треснувшее положение), отшлифуйте и отполируйте осевое сечение клапана и используйте раствор Fe Cl3 (5 г) + HCl (50 мл) + C2H5OH (100 мл), который был протравлен, и металлографическая структура и морфология роста трещин наблюдались с помощью оптического микроскопа Zeiss Axio Observer A1m. На рисунке 4 (a) показана металлографическая структура клапана, которая представляет собой двухфазную структуру α+β, а β является относительно мелкой и зернистой и распределена по матрице α-фазы. Модели распространения трещин в окружных трещинах показаны на рисунке 4 (a), (b). Поскольку поверхности трещин заполнены продуктами коррозии, зазор между двумя поверхностями трещин широкий, и трудно различить модели распространения трещин. явление бифуркации. На этой первичной трещине также наблюдалось множество вторичных трещин (отмеченных белыми стрелками на рисунке), см. рис. 4(c), и эти вторичные трещины распространялись вдоль волокон. Протравленный образец клапана был исследован с помощью СЭМ, и было обнаружено, что в других положениях, параллельных основной трещине, имелось множество микротрещин. Эти микротрещины возникли на поверхности и расширились внутрь клапана. Трещины имели бифуркацию и распространялись вдоль волокон, см. рис. 4(c), (d). Окружающая среда и напряженное состояние этих микротрещин почти такие же, как и у основной трещины, поэтому можно сделать вывод, что форма распространения основной трещины также является межзеренной, что также подтверждается наблюдением за разрушением клапана B. Явление бифуркации трещины снова показывает характеристики коррозионного растрескивания клапана под напряжением.
2. Анализ и обсуждение
Подводя итог, можно сделать вывод, что повреждение клапана вызвано коррозионным растрескиванием под напряжением, вызванным SO2. Для коррозионного растрескивания под напряжением обычно необходимо соблюдение трех условий: (1) материалы, чувствительные к коррозии под напряжением; (2) коррозионная среда, чувствительная к медным сплавам; (3) определенные условия напряжения.
Обычно считается, что чистые металлы не страдают от коррозии под напряжением, и все сплавы подвержены коррозии под напряжением в разной степени. Для латунных материалов обычно считается, что двухфазная структура имеет более высокую восприимчивость к коррозии под напряжением, чем однофазная структура. В литературе сообщалось, что когда содержание Zn в латунном материале превышает 20%, он имеет более высокую восприимчивость к коррозии под напряжением, и чем выше содержание Zn, тем выше восприимчивость к коррозии под напряжением. Металлографическая структура газового сопла в этом случае представляет собой двухфазный сплав α+β, а содержание Zn составляет около 35%, что намного превышает 20%, поэтому он имеет высокую чувствительность к коррозии под напряжением и соответствует материальным условиям, необходимым для коррозионного растрескивания под напряжением.
Для латунных материалов, если отжиг для снятия напряжений не выполняется после холодной деформации, коррозия под напряжением будет происходить при подходящих условиях напряжения и коррозионных средах. Напряжение, вызывающее коррозионное растрескивание под напряжением, обычно является локальным растягивающим напряжением, которое может быть приложенным напряжением или остаточным напряжением. После накачивания шины грузовика растягивающее напряжение будет генерироваться вдоль осевого направления воздушного сопла из-за высокого давления в шине, что приведет к образованию окружных трещин в воздушном сопле. Растягивающее напряжение, вызванное внутренним давлением шины, можно просто рассчитать по формуле σ=p R/2t (где p — внутреннее давление шины, R — внутренний диаметр вентиля, а t — толщина стенки вентиля). Однако, в целом, растягивающее напряжение, создаваемое внутренним давлением шины, не слишком велико, и следует учитывать влияние остаточного напряжения. Все места растрескивания газовых сопел находятся на заднем изгибе, и очевидно, что остаточная деформация на заднем изгибе велика, и там есть остаточное растягивающее напряжение. Фактически, во многих практических компонентах из медного сплава коррозионное растрескивание под напряжением редко вызывается проектными напряжениями, и большинство из них вызвано остаточными напряжениями, которые не видны и игнорируются. В этом случае на заднем изгибе клапана направление растягивающего напряжения, создаваемого внутренним давлением шины, соответствует направлению остаточного напряжения, и суперпозиция этих двух напряжений обеспечивает состояние напряжения для SCC.
3. Заключение и предложения
Заключение:
Трещинаклапан шиныв основном вызвано коррозионным растрескиванием под напряжением, вызванным SO2.
Предположение
(1) Отследить источник агрессивной среды в окружающей средеклапан шины, и постарайтесь избегать прямого контакта с окружающей агрессивной средой. Например, на поверхность клапана можно нанести слой антикоррозионного покрытия.
(2) Остаточное растягивающее напряжение при холодной обработке можно устранить с помощью соответствующих процессов, таких как отжиг для снятия напряжений после гибки.
Время публикации: 23-сен-2022
