可鍛鑄鐵耐張線夾斷裂原因分析

丁傳海

（安徽省機械科學研究所，安徽合肥230022）

KTH330-08可鍛鑄鐵耐張線夾，在導線展放時發(fā)生斷裂。通過化學成分分析、宏觀檢驗、硬度測試、斷口分析、金相檢驗，確定其斷裂原因。結(jié)果表明，回火致脆是造成耐張線夾承載時發(fā)生異常破斷的主要原因。

可鍛鑄鐵；耐張線；斷裂；回火致脆

1情況簡介

輸變電用耐張線夾采用KTH330-08可鍛鑄鐵制造。制作耐張線夾主要工藝流程為：鑄造毛坯→退火熱處理→檢驗→清理→機械加工→熱浸鍍鋅→檢驗→成品。

本次采樣檢驗的一件耐張線夾是導線在展放時，發(fā)生耐張線夾突然斷裂（圖1箭頭所指處）。經(jīng)現(xiàn)場隨即檢查，發(fā)現(xiàn)斷裂處局部有明顯的銹斑（圖2箭頭所指處）。按設計使用要求，不允許耐張線夾發(fā)生斷裂現(xiàn)象，故耐張線夾斷裂屬異常斷裂失效。

2檢驗內(nèi)容和結(jié)果

2.1宏觀檢查

對耐張線夾斷口經(jīng)丙酮試劑超聲清洗后發(fā)現(xiàn)，斷面呈淺灰色，表面整體表現(xiàn)凹凸不平如圖2所示；斷口面形成的人字形放射狀撕裂棱線指向上部，說明斷裂起始于U型槽兩端，且銹斑端為先斷裂處，底部為最后斷裂區(qū)；斷口附近無縮頸現(xiàn)象，邊緣無剪切唇。因此，宏觀表現(xiàn)為脆性斷口特征。

圖1耐張線夾外形結(jié)構(gòu)及斷裂圖

圖2耐張線夾斷口宏觀形貌圖

表1化學成分分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)，%）

2.2化學成分

對斷裂耐張線夾進行化學成分分析，結(jié)果見表1.

由表1可知，所檢KTH330-08元素質(zhì)量分數(shù)與《機械工程材料手冊金屬材料》第6版[1]參考值比對，化學成分中含C量偏低、含Si量偏高，其余元素合適。

2.3金相檢驗

在耐張線夾斷裂部位截取試塊制備試樣，試樣先在未侵蝕情況下進行顯微組織觀察，在斷裂源近表層區(qū)內(nèi)（＜0.4 mm），可見在聚蟲狀及絮狀石墨處出現(xiàn)微裂紋并擴展的痕跡（圖3箭頭所指處）；接著觀察主斷口面可發(fā)現(xiàn)，裂紋主要以沿晶方式擴展（圖4）.

再用4%的硝酸酒精對試樣侵蝕，依據(jù)GB/T25746-2010標準評定，多數(shù)區(qū)域的石墨形狀為絮狀3級、分布2級、顆粒數(shù)3級及珠光體1級（≤10%）（圖5a））；表層區(qū)域石墨形狀為聚蟲狀4級、分布2級、顆粒數(shù)5級（圖5 b））及珠光體2級（＞10～20%）（圖5 b）標尺線范圍）。因此，耐張線夾金相組織基本正常。

圖3耐張線夾斷口近表層形貌

圖4耐張線夾斷口裂紋擴展形貌×100

圖5耐張線夾基體組織

2.4力學檢測

在斷裂耐張線夾截取試塊，實測布氏硬度平均值為136，屬標準GB/T9440-2010規(guī)定值范圍。

2.5斷口微觀檢查

用掃描電鏡對耐張線夾斷裂部位進行觀察，發(fā)現(xiàn)銹蝕區(qū)與未銹蝕區(qū)微觀形貌存在不同（圖6a）），銹蝕區(qū)雖經(jīng)腐蝕后被腐蝕產(chǎn)物覆蓋，仍可見晶粒外形和二次裂紋（圖6b））；而未銹蝕區(qū)清晰可見石墨及其石墨周圍的組織形態(tài)（圖6c）），除表現(xiàn)裂紋沿晶擴展的特征外，還可見撕裂棱、較小的解理面和河流花樣及二次裂紋，且無韌窩形貌，表明斷裂前無明顯塑性變形的晶間斷裂（圖6d）），微觀為沿晶+準解理斷裂機理，屬回火致脆的斷裂形貌特征[2]。

圖6耐張線夾斷口微觀組織

2.6EDS能譜分析

采用能譜儀對耐張線夾斷口面出現(xiàn)的銹斑進行無標樣定性及半定量分析，可見主要為鐵、氧及少量碳元素（圖7，表2），應屬鐵的氧化物。組織基本正常。

圖7耐張線夾銹斑區(qū)能譜微區(qū)分析圖

表2耐張線夾銹斑區(qū)能譜微區(qū)分析結(jié)果

力學檢測顯示，所測硬度屬標準規(guī)定范疇。

用電鏡對耐張線夾斷裂部位掃描，可觀察晶粒外形和二次裂紋，還可見撕裂棱、較小的解理面和河流花樣及二次裂紋，微觀為沿晶+準解理斷裂機理，屬回火致脆的斷裂形貌特征。

能譜儀對耐張線夾斷口面出現(xiàn)的銹斑分析，主要為鐵、氧及少量碳元素，應屬鐵的氧化物，這是耐張線夾斷裂前裂紋處與空氣接觸氧化所致。

根據(jù)以上檢驗結(jié)果，耐張線夾斷裂宏觀展現(xiàn)為脆性斷裂特征，微觀表現(xiàn)沿晶+準解理的回火致脆斷裂機理，這是由于耐張線夾在第二階段石墨化或熱鍍鋅過程中，工藝控制不當，導致耐張線夾產(chǎn)生回火脆性，從而降低耐張線夾的有效承載強度，以致其承受載荷時，在應力集中區(qū)起裂，然后裂紋迅速擴展直至完全破斷。因此，回火致脆是造成耐張線夾承載時發(fā)生異常破斷的主要原因。

［1］曾正明.機械工程材料手冊［M］.金屬材料.第6版.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［2］孫智.失效分析［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［3］陸文華.鑄鐵及其熔煉［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1981.

Analysis of Malleable Iron Strain Clamp Fracture

DING Chuan-hai
（Anhui Institute of Mechanical Science，Hefei Anhui 230022，China）

KTH330-08 malleable iron strain clamp occurs fracture when the conductor is in place.In order to determine the cause offracture，thechemicalcompositionanalysis，macroscopicexamination，hardnesstest，fractureanalysisandmetallographic examination were carried on.The results show the temper embrittlement is the main reason for the abnormal breaking of the tension clamp.

malleable iron，strain clamp，fracture，temper embrittlement

TG143.5

A

1674-6694（2017）02-0042-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.014

2017-03-02

丁傳海（1965-），男，高級工程師，主要從事鋼鐵材料及工藝研究。