1. Теоретична перевірка та аналіз
З 3вентилі шинЗразки, надані компанією, 2 – це клапани, а 1 – клапан, який ще не використовувався. Для A та B клапан, який не використовувався, позначено сірим кольором. Комплексний рисунок 1. Зовнішня поверхня клапана A неглибока, зовнішня поверхня клапана B – це поверхня, зовнішня поверхня клапана C – це поверхня, а зовнішня поверхня клапана C – це поверхня. Клапани A та B покриті продуктами корозії. Клапани A та B мають тріщини на вигинах, зовнішня частина вигину знаходиться вздовж клапана, кільцева горловина клапана B має тріщини до кінця, а біла стрілка між тріснутими поверхнями на поверхні клапана A позначена. З вищесказаного, тріщини є скрізь, тріщини є найбільшими, і тріщини є скрізь.
Розділвентиль шиниЗразки A, B та C були вирізані з вигину, а морфологію поверхні досліджували за допомогою скануючого електронного мікроскопа ZEISS-SUPRA55, а склад мікроплощини аналізували за допомогою EDS. На рисунку 2 (a) показано мікроструктуру поверхні клапана B. Видно, що на поверхні є багато білих та яскравих частинок (позначено білими стрілками на рисунку), а EDS-аналіз білих частинок показує високий вміст S. Результати аналізу енергетичного спектру білих частинок показані на рисунку 2(b).
На рисунках 2 (c) та (e) зображено мікроструктури поверхні клапана B. З рисунка 2 (c) видно, що поверхня майже повністю покрита продуктами корозії, а корозивні елементи продуктів корозії, згідно з аналізом енергетичного спектру, включають переважно S, Cl та O, вміст S в окремих позиціях вищий, а результати аналізу енергетичного спектру показані на рис. 2 (d). З рисунка 2 (e) видно, що вздовж кільця клапана на поверхні клапана A є мікротріщини. На рисунках 2 (f) та (g) зображено мікроморфологію поверхні клапана C, поверхня також повністю покрита продуктами корозії, а корозивні елементи також включають S, Cl та O, подібно до рисунка 2 (e). Причиною розтріскування може бути корозійне розтріскування під напругою (SCC), згідно з аналізом продуктів корозії на поверхні клапана. На рис. 2(h) також показано мікроструктуру поверхні клапана C. Видно, що поверхня відносно чиста, а хімічний склад поверхні, проаналізований за допомогою EDS, подібний до складу мідного сплаву, що свідчить про відсутність корозії на клапані. Порівняння мікроскопічної морфології та хімічного складу трьох поверхонь клапанів показує наявність корозійних середовищ, таких як S, O та Cl, у навколишньому середовищі.
Тріщину клапана B було відкрито під час випробування на згинання, і було виявлено, що тріщина не пронизує весь поперечний переріз клапана, тріщина утворилася з боку заднього вигину та не тріщина утворилася з боку, протилежного задньому вигину клапана. Візуальний огляд зламу показує, що колір зламу темний, що свідчить про корозію зламу, а деякі частини зламу мають темний колір, що вказує на серйознішу корозію в цих частинах. Злом клапана B спостерігався під скануючим електронним мікроскопом, як показано на рисунку 3. На рисунку 3 (а) показано макроскопічний вигляд зламу клапана B. Видно, що зовнішній злам поблизу клапана покритий продуктами корозії, що знову ж таки вказує на наявність корозійного середовища в навколишньому середовищі. Згідно з аналізом енергетичного спектру, хімічні компоненти продукту корозії в основному складаються з S, Cl та O, а вміст S та O є відносно високим, як показано на рис. 3 (b). Спостерігаючи за поверхнею зламу, видно, що схема росту тріщини має кристалічний тип. Велику кількість вторинних тріщин також можна побачити, спостерігаючи за руйнуванням при більшому збільшенні, як показано на рисунку 3(c). Вторинні тріщини позначені на рисунку білими стрілками. Продукти корозії та структури росту тріщин на поверхні руйнування знову демонструють характеристики корозійного розтріскування під напругою.
Тріщину клапана A не було відкрито, видаліть частину клапана (включаючи місце з тріщиною), відшліфуйте та відполіруйте осьову частину клапана, протравивши розчин FeCl3 (5 г) + HCl (50 мл) + C2H5OH (100 мл), а металографічну структуру та морфологію росту тріщини спостерігали за допомогою оптичного мікроскопа Zeiss Axio Observer A1m. На рисунку 4 (а) показано металографічну структуру клапана, яка має двофазну структуру α+β, причому β є відносно дрібним та зернистим і розподіленим по α-фазовій матриці. Схеми поширення тріщин у кільцевих тріщинах показано на рисунку 4(а), (b). Оскільки поверхні тріщин заповнені продуктами корозії, проміжок між двома поверхнями тріщин широкий, і важко розрізнити схеми поширення тріщин. Явище біфуркації. На цій первинній тріщині також спостерігалося багато вторинних тріщин (позначених білими стрілками на рисунку), див. рис. 4(c), і ці вторинні тріщини поширювалися вздовж волокон. Зразок протравленого клапана був досліджений за допомогою SEM, і було виявлено, що в інших місцях, паралельних основній тріщині, є багато мікротріщин. Ці мікротріщини виникали від поверхні та поширювалися всередину клапана. Тріщини мали розгалуження та простягалися вздовж волокон, див. Рисунок 4 (c), (d). Середовище та напружений стан цих мікротріщин майже такі ж, як і в основній тріщині, тому можна зробити висновок, що форма поширення основної тріщини також є міжзеренною, що також підтверджується спостереженням руйнування клапана B. Явище розгалуження тріщини знову демонструє характеристики корозійного розтріскування клапана під напругою.
2. Аналіз та обговорення
Підсумовуючи, можна зробити висновок, що пошкодження клапана спричинене корозійним розтріскуванням під напругою, спричиненим SO2. Корозійне розтріскування під напругою зазвичай повинно відповідати трьом умовам: (1) матеріали, чутливі до корозії під напругою; (2) агресивне середовище, чутливе до мідних сплавів; (3) певні умови напруження.
Загальноприйнято вважати, що чисті метали не схильні до корозії під напругою, а всі сплави схильні до неї різною мірою. Для латунних матеріалів загальноприйнято вважати, що двофазна структура має вищу схильність до корозії під напругою, ніж однофазна. У літературі повідомляється, що коли вміст Zn у латунному матеріалі перевищує 20%, він має вищу схильність до корозії під напругою, і чим вищий вміст Zn, тим вища схильність до корозії під напругою. Металографічна структура газового сопла в цьому випадку являє собою двофазний сплав α+β, а вміст Zn становить близько 35%, що значно перевищує 20%, тому він має високу чутливість до корозії під напругою та відповідає матеріальним умовам, необхідним для корозійного розтріскування під напругою.
Для латунних матеріалів, якщо після холодної деформації не проводити відпал для зняття напруги, за відповідних умов напруження та в агресивному середовищі виникне корозія під напругою. Напруження, яке викликає корозійне розтріскування під напругою, зазвичай є локальним напруженням розтягу, яке може бути прикладеним напруженням або залишковим напруженням. Після накачування шини вантажівки вздовж осьового напрямку повітряного сопла через високий тиск у шині виникатиме напруження розтягу, що спричинятиме кільцеві тріщини в повітряному сопле. Напруження розтягу, спричинене внутрішнім тиском у шині, можна просто розрахувати за формулою σ=p R/2t (де p - внутрішній тиск у шині, R - внутрішній діаметр вентиля, а t - товщина стінки вентиля). Однак загалом напруження розтягу, спричинене внутрішнім тиском у шині, не є надто великим, і слід враховувати вплив залишкового напруження. Розтріскування газових сопел розташовані на задньому вигині, і очевидно, що залишкова деформація на задньому вигині велика, і там існує залишкове напруження розтягу. Фактично, у багатьох практичних компонентах з мідних сплавів корозійне розтріскування під напругою рідко викликається конструктивними напруженнями, і більшість із них спричинені залишковими напруженнями, які не видно та ігноруються. У цьому випадку, на задньому вигині вентиля, напрямок розтягуючого напруження, що створюється внутрішнім тиском шини, узгоджується з напрямком залишкового напруження, і суперпозиція цих двох напружень забезпечує умову напруження для корозійного розтріскування під напругою.
3. Висновки та пропозиції
Висновок:
Розтріскуваннявентиль шиниголовним чином спричиняється корозійним розтріскуванням під напругою, спричиненим SO2.
Пропозиція
(1) Простежити джерело корозійного середовища в навколишньому середовищівентиль шини, та намагайтеся уникати прямого контакту з навколишнім агресивним середовищем. Наприклад, на поверхню клапана можна нанести шар антикорозійного покриття.
(2) Залишкові розтягувальні напруження від холодної обробки можна усунути за допомогою відповідних процесів, таких як відпал для зняття напруги після гнуття.
Час публікації: 23 вересня 2022 р.
