1. Teoretisk testning och analys
Av de 3däckventilerProver tillhandahållna av företaget, 2 är ventiler och 1 är en ventil som ännu inte har använts. För A och B är den ventil som inte har använts markerad med grått. Omfattande figur 1. Ytterytan på ventil A är grund, ytterytan på ventil B är ytan, ytterytan på ventil C är ytan och ytterytan på ventil C är ytan. Ventilerna A och B är täckta med korrosionsprodukter. Ventil A och B är spruckna vid böjarna, den yttre delen av böjen är längs ventilen, ventilringens mynning B är sprucken mot änden och den vita pilen mellan de spruckna ytorna på ytan av ventil A är markerad. Av ovanstående syns sprickorna överallt, sprickorna är störst och sprickorna finns överallt.
En del avdäckventilA-, B- och C-prover skars ut från böjen, och ytmorfologin observerades med ett ZEISS-SUPRA55 svepelektronmikroskop, och mikroareans sammansättning analyserades med EDS. Figur 2 (a) visar mikrostrukturen hos ventil B-ytan. Det kan ses att det finns många vita och ljusa partiklar på ytan (indikeras av de vita pilarna i figuren), och EDS-analysen av de vita partiklarna har en hög halt av S. Resultaten av energispektrumanalysen av de vita partiklarna visas i figur 2 (b).
Figur 2 (c) och (e) visar ytmikrostrukturerna för ventil B. Det framgår av figur 2 (c) att ytan nästan helt är täckt av korrosionsprodukter, och de korrosiva elementen i korrosionsprodukterna, enligt energispektrumanalys, inkluderar huvudsakligen S, Cl och O. Innehållet av S i enskilda positioner är högre, och resultaten från energispektrumanalys visas i figur 2 (d). Det framgår av figur 2 (e) att det finns mikrosprickor längs ventilringen på ytan av ventil A. Figur 2 (f) och (g) visar ytmikromorfologierna för ventil C. Ytan är också helt täckt av korrosionsprodukter, och de korrosiva elementen inkluderar även S, Cl och O, liknande det i figur 2 (e). Orsaken till sprickbildning kan vara spänningskorrosion (SCC) från korrosionsproduktanalysen på ventilytan. Figur 2(h) visar även ytmikrostrukturen för ventil C. Det framgår att ytan är relativt ren, och den kemiska sammansättningen av ytan analyserad med EDS liknar den för kopparlegeringen, vilket indikerar att ventilen inte är korroderad. Genom att jämföra den mikroskopiska morfologin och den kemiska sammansättningen av de tre ventilytorna visas det att det finns korrosiva medier såsom S, O och Cl i den omgivande miljön.
Sprickan i ventil B öppnades genom böjningstestet, och det visade sig att sprickan inte penetrerade hela ventilens tvärsnitt, utan sprack på sidan av bakböjen och inte på sidan motsatt ventilens bakböjning. Den visuella inspektionen av sprickan visar att sprickans färg är mörk, vilket indikerar att sprickan har korroderats, och vissa delar av sprickan är mörka till färgen, vilket indikerar att korrosionen är allvarligare i dessa delar. Sprickan i ventil B observerades under ett svepelektronmikroskop, såsom visas i figur 3. Figur 3 (a) visar det makroskopiska utseendet på ventil B-sprickan. Det kan ses att den yttre sprickan nära ventilen har täckts av korrosionsprodukter, vilket återigen indikerar närvaron av korrosiva medier i den omgivande miljön. Enligt energispektrumanalys är de kemiska komponenterna i korrosionsprodukten huvudsakligen S, Cl och O, och halterna av S och O är relativt höga, såsom visas i figur 3 (b). Genom att observera sprickytan konstateras att spricktillväxtmönstret är längs kristalltypen. Ett stort antal sekundära sprickor kan också ses genom att observera sprickan vid högre förstoringsgrader, såsom visas i figur 3(c). De sekundära sprickorna är markerade med vita pilar i figuren. Korrosionsprodukter och spricktillväxtmönster på sprickytan visar återigen egenskaperna hos spänningskorrosion.
Om sprickan i ventil A inte har öppnats, avlägsna en sektion av ventilen (inklusive den spruckna positionen), slipa och polera ventilens axiella sektion och använd en lösning av FeCl3 (5 g) + HCl (50 ml) + C2H5OH (100 ml) som etsades, och den metallografiska strukturen och spricktillväxtmorfologin observerades med ett optiskt mikroskop av typen Zeiss Axio Observer A1m. Figur 4 (a) visar ventilens metallografiska struktur, som har en α+β tvåfasstruktur, och β är relativt fin och granulär och fördelad på α-fasmatrisen. Sprickutbredningsmönstren vid de omkretsmässiga sprickorna visas i figur 4 (a), (b). Eftersom sprickytorna är fyllda med korrosionsprodukter är gapet mellan de två sprickytorna brett, och det är svårt att urskilja sprickutbredningsmönstren, vilket kan ses som ett bifurkationsfenomen. Många sekundära sprickor (markerade med vita pilar i figuren) observerades också på denna primära spricka, se figur 4 (c), och dessa sekundära sprickor fortplantade sig längs fiberriktningen. Det etsade ventilprovet observerades med SEM, och det konstaterades att det fanns många mikrosprickor på andra ställen parallellt med huvudsprickan. Dessa mikrosprickor uppstod från ytan och expanderade till ventilens insida. Sprickorna hade bifurkationer och sträckte sig längs fiberriktningen, se figur 4 (c), (d). Miljön och spänningstillståndet för dessa mikrosprickor är nästan desamma som för huvudsprickan, så man kan dra slutsatsen att huvudsprickans utbredningsform också är intergranulär, vilket också bekräftas av brottobservationen av ventil B. Bifurkationsfenomenet hos sprickan visar återigen egenskaperna hos spänningskorrosion i ventilen.
2. Analys och diskussion
Sammanfattningsvis kan man dra slutsatsen att skadorna på ventilen orsakas av spänningskorrosion orsakad av SO2. Spänningskorrosion måste generellt uppfylla tre villkor: (1) material som är känsliga för spänningskorrosion; (2) korrosivt medium som är känsligt för kopparlegeringar; (3) vissa spänningsförhållanden.
Det anses allmänt att rena metaller inte lider av spänningskorrosion, och alla legeringar är känsliga för spänningskorrosion i varierande grad. För mässingsmaterial anses det allmänt att tvåfasstrukturen har högre spänningskorrosionskänslighet än enfasstrukturen. Det har rapporterats i litteraturen att när Zn-halten i mässingsmaterialet överstiger 20 % har det en högre spänningskorrosionskänslighet, och ju högre Zn-halten är, desto högre är spänningskorrosionskänsligheten. Den metallografiska strukturen hos gasmunstycket är i detta fall en α+β tvåfaslegering, och Zn-halten är cirka 35 %, långt över 20 %, så den har en hög spänningskorrosionskänslighet och uppfyller de materialvillkor som krävs för spänningskorrosionssprickbildning.
För mässingsmaterial, om spänningsglödgning inte utförs efter kallbearbetning, kommer spänningskorrosion att uppstå under lämpliga spänningsförhållanden och korrosiva miljöer. Spänningen som orsakar spänningskorrosionssprickbildning är generellt lokal dragspänning, som kan vara applicerad spänning eller kvarvarande spänning. Efter att lastbilsdäcket är uppblåst kommer dragspänning att genereras längs luftmunstyckets axiella riktning på grund av det höga trycket i däcket, vilket kommer att orsaka omkretssprickor i luftmunstycket. Dragspänningen som orsakas av däckets inre tryck kan enkelt beräknas enligt σ = p R / 2t (där p är däckets inre tryck, R är ventilens innerdiameter och t är ventilens väggtjocklek). I allmänhet är dock dragspänningen som genereras av däckets inre tryck inte för stor, och effekten av kvarvarande spänning bör beaktas. Sprickpositionerna för gasmunstyckena är alla vid bakåtböjningen, och det är uppenbart att den kvarvarande deformationen vid bakåtböjningen är stor, och det finns en kvarvarande dragspänning där. Faktum är att i många praktiska kopparlegeringskomponenter orsakas spänningskorrosion sällan av konstruktionsspänningar, och de flesta av dem orsakas av kvarvarande spänningar som inte syns och ignoreras. I detta fall, vid ventilens bakre böjning, är riktningen på dragspänningen som genereras av däckets inre tryck förenlig med riktningen på kvarvarande spänning, och överlagringen av dessa två spänningar ger spänningsvillkoret för SCC.
3. Slutsats och förslag
Slutsats:
Sprickbildningen avdäckventilorsakas huvudsakligen av spänningskorrosion orsakad av SO2.
Förslag
(1) Spåra källan till det korrosiva mediet i omgivningen runtdäckventiloch försök att undvika direktkontakt med det omgivande korrosiva mediet. Till exempel kan ett lager korrosionsskyddande beläggning appliceras på ventilens yta.
(2) Den kvarvarande dragspänningen från kallbearbetning kan elimineras genom lämpliga processer, såsom spänningsavlastningsglödgning efter böjning.
Publiceringstid: 23 sep-2022
