吊鉤斷裂失效分析-案例分享

斷裂失效分析是評估材料或結構在受力過程中因斷裂而導致失效的一種過程。通過這種分析，我們可以了解斷裂的種類、原因和機理，進而找到預防斷裂的方法。

首先，我們需要了解一下斷裂的分類。根據材料在發生斷裂之前的變形程度，我們可以將斷裂分為兩種類型，即韌性斷裂和脆性斷裂。韌性斷裂是指當材料在承受較大塑性變形后出現的斷裂；而脆性斷裂則是指在沒有明顯的塑性變形時發生的斷裂。

在進行斷裂失效分析時，通常會首先進行宏觀分析，通過觀察斷口的形貌特征，初步確定失效模式和斷裂源。接下來，我們會使用各種微觀分析工具，如掃描電子顯微鏡(SEM)，以觀察微區的形貌，并使用能譜儀(EDS)來進行微區的成分測定。這些信息可以為后續的深入分析提供依據，例如X射線光電子能譜法(XPS)。

No.1 吊鉤斷裂失效分析案例背景

收到客戶1個吊鉤樣品，客戶描述發現吊鉤中部固定銷釘孔處斷裂，該吊鉤實際裝機時間不足半年。

通過斷口宏微觀觀察、金相組織檢查、硬度測試及氫含量測定等手段對吊鉤斷裂原因進行了分析。

（吊鉤斷裂圖）

No.2 吊鉤斷裂失效分析過程

宏觀檢查

（端口宏觀形貌圖）

說明

斷口平齊，無明顯塑性變形，斷面粗糙，有明顯放射棱線，放射棱線收斂于銷釘孔內表面，斷口干凈無其他附著物，顏色呈淺灰色，瞬斷區約占斷口面積的 10%，宏觀未見明顯冶金缺陷。吊鉤內孔肉眼可見明顯加工刀痕。

微觀觀察

（圖1 源區形貌）

（圖2 擴展區 韌窩+解理形貌）

（圖3 瞬斷區 韌窩形貌）

說明

斷口源區形貌如圖1 所示，裂紋源位于銷釘孔內表面，放射棱線收斂方向，源區未見明顯冶金缺陷。斷口比較干凈，無臟物附著，在電鏡下觀察，擴展區為解理+韌窩形貌，解理面上可見清晰撕裂棱 ，如圖2。最后瞬斷區為韌窩特征，如圖3。

金相組織分析

（圖4 銷釘孔內壁）

（圖5 顯微組織）

說明

在吊鉤端部橫向取樣，經鑲嵌、磨拋后用 4%硝酸酒精溶液侵蝕，后在顯微鏡下觀察，發現在銷釘孔內壁存在較多細小原始裂紋。見圖 4。其顯微組織為下貝氏體+上貝氏體+沿晶斷續網狀鐵素體，見圖 5。

硬度檢測

說明

對斷裂吊鉤進行硬度檢測，洛氏硬度值為 HRC38.2，HRC38.5，符合 HRC34-42 的委托要求。

氫含量測定

說明

對吊鉤進行氫含量測定，其結果為 4×10ˉ?

EDS 成分分析

EDS成分分析結果（質量分數 %）

說明

化學成分分析結果見表1，其結果符合標準值要求。

No.3 吊鉤斷裂失效分析結果

吊鉤斷口干凈平齊，宏觀可見明顯放射棱線，無明顯塑性變形，呈脆性斷裂特征。微觀斷口呈解理+沿晶特征，解理面和沿晶面上出現撕裂棱；裂紋起源于銷釘孔內表面加工刀痕處；吊鉤的工作應力主要為靜拉應力；金相檢驗可見銷釘孔內表面存在較多細小原始裂紋，裂紋尖端形成應力集中，以上特征符合氫脆的特征。

該故障吊鉤熱處理過程中淬火冷速較慢，導致組織中出現脆硬的上貝氏體組織，以及使鋼的強度、塑性降低的網狀鐵素體組織，而且銷釘孔內表面有粗大加工刀痕，這些都對吊鉤氫脆斷裂起到了促進作用。由此可知，吊鉤的失效性質為氫脆。

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