实验方法
曾全胜，蒋云云褐变度
(长沙航空职业技术学院，长沙410014)
隋然
裂隙水(湖南出入境检验检疫局，长沙410007)
摘要：通过对9254钢非金属夹杂物含量的检验，发现该钢用水剂型研磨料抛光易产生腐蚀点，且易与非金属夹杂物混淆；使用酒精剂型研磨料抛光，可以避免此假象。 关键词:9254钢；非金属夹杂物；腐蚀点；制备法；试验
中图分类号:T G115.21文献标识码:A文章编号:1001-4012(2004)05-0239-02
TEST ON PREPARATION M ETHODS OF NON-M ETALLIC INCLUSION
SPECIM EN IN9254STEEL
ZENG Quan-sheng,JIANG Yun-yun
(Chang sha Aeronautical Vo cational A nd T echnical College,Changsha410014,China)
SUI Ran
(Hunan Entry-Exit Inspectio n and Quarantine Bureau,Changsha410007,China)
Abstract:By inspection to non-metallic inclusion content in9254steel,it was found that corrosion spots ar e occurred in the case of polishing that water is used as a solvent of abrasiv e.T hese spots should be confused easily w ith non-metallic inclusion.T he test results sho w that false appearance can be avoided in t he case that alcohol used as a so lvent of abrasive.
Keywords:9254steel;Non-metallic inclusion;Corr osion spot;Preparation method;T est
以往对钢材的非金属夹杂物含量检验时，一般都是用水剂型研磨料抛光制样的。最近在对日本神户制钢所生产的9254钢进行检验时，发现采用不同剂型的研磨料抛光，其结果相差甚远。为此，进行了如下试验和研究。
1试验
1.1试样
试样为日本神户制钢所生产的9254钢盘条，其化学成分(质量分数):C0.56%,Si1.30%,M n 0175%,P0.015%,S0.017%,Cr0.70%,Ni 0106%,Cu0.05%，相当于我国的55SiCr钢。
1.2试验方法与结果
(1)研磨料分别为Al2O3,Cr2O3和金刚石的自
收稿日期:2003-10-29
作者简介：曾全胜(1973-)，男，讲师。来水剂型、蒸馏水剂型和无水酒精剂型。其中，无水酒精符合GB/T678-1990标准,C2H5OH\99.8% (体积百分比),H2O[0.2%。
薄片蒸汽眼罩(2)试样抛光后按JISG0555-1998钢的非金属夹杂物的显微镜试验方法进行非金属夹杂物检验。结果列于表1。
(3)由表1可见，用水剂型研磨料抛光和用无水酒精剂型研磨料抛光，两者的非金属夹杂物的检验结果相差甚远。为了搞清其真伪与成因，对用水剂型研磨料抛光的试样上的非金属夹杂物进行放大观察，当放大到1600倍时，可观察到其清晰形貌，图1为5号试样在不同放大倍数下的显微照片，均类似于细
珠光体组织。为此，又用2%酒精溶液对该试样抛光面进行轻微侵蚀，观察其100倍至1600倍时的形貌，绝大多数的非金属夹杂物不见了。在500倍至1600倍下，基体组织为细珠光体，与图1b和c所示的非金属夹杂物浑然一体，不能区 第40卷第5期2004年5月
理化检验-物理分册
PTCA(PA RT A:PHY SICAL T EST ING)
V ol.40No.5
M ay2004
表1 同一试样经不同研磨料抛光后的检验结果
T ab.1 Inspecting results of the same specimen in
t he case of different po lishing
试样号抛光用研磨料非金属夹杂物含量
(%)1三氧化二铝+自来水0.452三氧化二铬+自来水0.503三氧化二铝+蒸馏水0.304三氧化二铬+蒸馏水0.455金刚石水剂研磨膏0.406三氧化二铝+无水酒精0.037三氧化二铬+无水酒精0.038
金刚石+无水酒精方波信号发生器
0.03
别，即两者微观形貌一致。
为了进一步判定其真伪，对于类似于图1b 和c 中的/非金属夹杂物0，用日本产的JXA -8900型电子探针(EPMA)进行微区成分分析，结果见图2。图2表明，图1b 和c 中所示的/非金属夹杂物0的化学成分与基体成分相同。然而，对于用无水酒精剂型研磨料抛光的试样，无论是Al 2O 3还是Cr 2O 3，或是金刚石磨料，其非金属夹杂物含量的检验结果都远比水剂型研磨料(对应磨料)为低，并且重现性非常好。同样，用2%酒精侵蚀其抛光面，其非金属夹杂物的形态、数量和分布毫无变化,
其能谱图
(a) 100
小球归位@
(b) 1600
@
(c) 1600@
图1 未经侵蚀的5号试样显微照片F ig.1 M icrogr aph of N o.5specimen in
the unetched
state
(a) 图1b 和c 中的伪夹杂物光谱Spectrum of false inclusion in F ig.1(b)and (
c)
(b) 基体的光谱Spectr um of base
图2 伪夹杂物光谱与基体光谱的比较Fig.2 Comparing of spectrum betw een false
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inclusion and matrix
也与基体大不相同，见图3所示。
2 分析与讨论
上述试验结果表明,9254钢用水剂型研磨料抛光，所显示的非金属夹杂物中有很多是假象，其经侵蚀与基体显微组织相同，表明这些夹杂物实质上是
腐蚀点；而用无水酒精剂型研磨料抛光，所显示的非金属夹杂物是真实的。
造成腐蚀点的原因明显是水所致。可能是因为
(下转第254页)
曾全胜等:9254钢非金属夹杂物试样制备方法的探讨
图6 失效件实际奥氏体晶粒尺寸分布图Fig.6 T he distribution o f the real austenite gr ain -size
of the failur e par t
润滑失效、装配与维护不当和轴套间相互接触并相对滑动时都会产生大量的摩擦热。同时，在接触压力的综合作用下，致使轴承内套表面层发生十分强烈的理化现象，直接影响到内套的运转状态。随着摩擦热的升高，强度下降。当该部位的温度达到钢的相变温度时，该区域的组织就会发生相变，如果摩擦热温度继续上升，甚至接近材料的熔点，就会形成过烧组织，而且在亚表层内形成液化裂纹，即热损伤疲劳源。
电机轴承内套的材质属于过共析钢，而过共析钢在温度过高时会出现粗大针状渗碳体的魏氏组织[3]
。金相检验结果证实了内套曾受到相当高的摩擦热作用，表层已形成过烧组织，近表层是过热组织，随后为正火和回火组织。过热组织的产生导致材料强韧性的大幅度下降，过烧组织的形成更加恶化了材料的性能，而且是不可逆的热损伤组织缺陷。3.2 裂纹的扩展及断裂机制
内套断裂分为三个阶段：第一阶段是由于摩擦热的作用，造成接触表面的热损伤，形成了/拉毛0磨损表面，而且在亚表层形成了液化裂纹。第二阶段是内套在摩擦热影响下产生自由膨胀应力梯度，造
成内套承受压-拉低周频率应力反复作用。此时，在过烧层中的液化裂纹尖端产生应力集中，当应力增加到超过金属局部内聚力时，引起原子间的键断裂，于是就以解理方式发生疲劳裂纹的扩展，见图3。当裂纹继续扩展导致基体金属抵抗不住由于压-拉低周频率的应力强度时，就发生瞬间断裂，即第三阶
段。瞬间断裂面积比较小。
由于摩擦热作用使其表面形成一个多层的受热层，形成温度梯度。该受热层之间的热膨胀有差异且
又相互制约，同时又均受到基体的约束，形成应力梯度，在受热层内产生周向压应力。随着受热层温度升高，强度随之降低，温度进一步升高，受热层普遍屈服，从而使受热层的周向压应力松弛，而当
受热层温度下降，即在受热层内产生了周向拉应力。因此轴承内套在使用中受反复热冷交替影响，必然形成一个低周应变疲劳过程，最终导致疲劳断裂失效。
4 结论及建议
内套断裂是由于受摩擦热作用产生热损伤，致使在运行过程中发生热损伤疲劳断裂。其断裂机理可用自由热膨胀约束机制加以解释。
建议使用单位加强轴承内套的维护与保养，定期注油，防止事故的重复发生。参考文献:
[1] 周惠久，黄明志主编.金属材料强度学[M ].北京：科学
出版社,1989.494.
[2] 金锡志著.机器磨损及其对策[M ].北京：机械工业出
版社,1997.109.
[3] 大连理工大学编著.金属学及热处理[M ].北京：科学
出版社,1975.195.
(上接第240页
)
图3 6号试样的非金属夹杂物能谱图Fig.3 Energy spectrog ram of non -metallic
inclusion for No.6specimen
水是弱电解质，细珠光体中的铁素体与渗碳体电极电位不同，形成微电池，组织过细而腐蚀过快，从而形成腐蚀点。
3 建议
一般情况下，人们都习惯于用水剂型研磨料抛光，意想不到此类情况发生，容易造成误判。况且，一般单位不具备电子探针这类精密贵重仪器，不能进行微区成分分析。因此，为了避免由假象和错误
结果带来的不必要的麻烦，建议在进行非金属夹杂物含量检验时，最好使用无水酒精剂型研磨料抛光
做一下对比鉴别为宜。
庞兆夫等：通风除尘电机轴承内套热损伤疲劳断裂分析
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