1. Elméleti teszt és elemzés
A 3 közülgumiabroncsszelepekA cég által biztosított minták közül 2 szelep, 1 pedig egy még nem használt szelep. Az A és B esetében a még nem használt szelep szürke színnel van jelölve. Átfogó 1. ábra. Az A szelep külső felülete sekély, a B szelep külső felülete a felület, a C szelep külső felülete a felület, és a C szelep külső felülete a felület. Az A és B szelepek korróziós termékekkel vannak borítva. Az A és B szelepek a hajlításoknál repedtek, a hajlítás külső része a szelep mentén van, a B szelepgyűrű szája a vége felé repedt, és az A szelep felületén a repedt felületek közötti fehér nyíl ki van jelölve. A fentiekből látható, hogy a repedések mindenhol jelen vannak, a repedések a legnagyobbak, és a repedések mindenhol jelen vannak.
Egy szakasz agumiabroncs szelepAz A, B és C mintákat a hajlításból vágták ki, majd a felületi morfológiát ZEISS-SUPRA55 pásztázó elektronmikroszkóppal figyelték meg, a mikroterület-összetételt pedig EDS-sel elemezték. A 2. (a) ábra a B szelep felületének mikroszerkezetét mutatja. Látható, hogy sok fehér és világos részecske található a felületen (az ábrán a fehér nyilak jelzik), és a fehér részecskék EDS-analízise magas S-tartalmat mutat. A fehér részecskék energiaspektrum-analízisének eredményeit a 2. (b) ábra mutatja.
A 2(c) és (e) ábrák a B szelep felületi mikroszerkezetét mutatják. A 2(c) ábrából látható, hogy a felületet szinte teljes egészében korróziós termékek borítják, és az energiaspektrum-analízis szerint a korróziós termékek korrozív elemei főként S-t, Cl-t és O-t tartalmaznak, az egyes pozíciókban az S-tartalom magasabb, és az energiaspektrum-analízis eredményeit a 2(d) ábra mutatja. A 2(e) ábrából látható, hogy az A szelep felületén a szelepgyűrű mentén mikrorepedések találhatók. A 2(f) és (g) ábrák a C szelep felületi mikromorfológiáját mutatják, a felületet szintén teljesen korróziós termékek borítják, és a korrozív elemek között S, Cl és O is található, hasonlóan a 2(e) ábrához. A repedés oka a szelep felületén lévő korróziós termék elemzése alapján a feszültségkorróziós repedés (SCC) lehet. A 2(h) ábra a C szelep felületi mikroszerkezetét is mutatja. Látható, hogy a felület viszonylag tiszta, és az EDS-sel elemzett felület kémiai összetétele hasonló a rézötvözetéhez, ami azt jelzi, hogy a szelep nem korrodált. A három szelepfelület mikroszkopikus morfológiájának és kémiai összetételének összehasonlításával látható, hogy a környező környezetben korrozív közegek, például S, O és Cl vannak jelen.
A B szelep repedését hajlítóvizsgálattal felnyitották, és azt találták, hogy a repedés nem hatolt át a szelep teljes keresztmetszetén, a visszahajlás oldalán repedt meg, és a szelep visszahajlásával ellentétes oldalán sem. A törés vizuális vizsgálata azt mutatja, hogy a törés színe sötét, ami a korrodálódásra utal, és a törés egyes részei sötét színűek, ami arra utal, hogy a korrózió súlyosabb ezeken a részeken. A B szelep törését pásztázó elektronmikroszkóp alatt figyelték meg, ahogy a 3. ábra mutatja. A 3(a) ábra a B szelep törésének makroszkopikus megjelenését mutatja. Látható, hogy a szelep közelében lévő külső repedést korróziós termékek borították, ami ismét korrozív közeg jelenlétére utal a környező környezetben. Az energiaspektrum-analízis szerint a korróziós termék kémiai összetevői főként S, Cl és O, és az S és O tartalma viszonylag magas, ahogy a 3(b) ábra mutatja. A törésfelület megfigyelése alapján megállapítható, hogy a repedésnövekedési minta a kristálytípus mentén alakult ki. Nagyobb nagyításban megfigyelve a törést számos másodlagos repedés is megfigyelhető, ahogy az a 3(c) ábrán látható. A másodlagos repedéseket fehér nyilak jelölik az ábrán. A korróziós termékek és a repedésnövekedési mintázatok a törésfelületen ismét a feszültségkorróziós repedés jellemzőit mutatják.
Az A szelep repedését nem nyitották fel, a szelep egy szakaszát (beleértve a repedt részt is) eltávolították, a szelep axiális szakaszát lecsiszolták és polírozták, majd FeCl3 (5 g) +HCl (50 ml) + C2H5OH (100 ml) oldattal maratták, és a metallográfiai szerkezetet és a repedésnövekedési morfológiát Zeiss Axio Observer A1m optikai mikroszkóppal figyelték meg. A 4(a) ábra a szelep metallográfiai szerkezetét mutatja, amely α+β kétfázisú szerkezet, és a β viszonylag finom és szemcsés, és az α-fázisú mátrixon oszlik el. A kerületi repedéseknél a repedésterjedési mintázatokat a 4(a) és (b) ábra mutatja. Mivel a repedésfelületek korróziós termékekkel vannak kitöltve, a két repedésfelület közötti rés széles, és nehéz megkülönböztetni a repedésterjedési mintázatokat. Bifurkációs jelenség. Számos másodlagos repedést (az ábrán fehér nyilakkal jelölve) is megfigyeltek ezen az elsődleges repedésen, lásd a 4(c) ábrát, és ezek a másodlagos repedések a szálirány mentén terjedtek. A maratott szelepmintát pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) vizsgálták, és azt találták, hogy számos mikrorepedés volt megfigyelhető a fő repedéssel párhuzamos más pozíciókban is. Ezek a mikrorepedések a felületből indultak ki, és a szelep belsejébe terjedtek. A repedések kettéágaztak, és a rostirány mentén terjedtek, lásd a 4. ábra (c), (d) részét. Ezen mikrorepedések környezete és feszültségállapota majdnem megegyezik a fő repedésével, így arra lehet következtetni, hogy a fő repedés terjedési formája is szemcsék közötti, amit a B szelep törésmegfigyelése is megerősít. A repedés kettéágazódási jelensége ismét a szelep feszültségkorróziós repedésének jellemzőit mutatja.
2. Elemzés és megbeszélés
Összefoglalva, arra lehet következtetni, hogy a szelep károsodását az SO2 által okozott feszültségkorróziós repedés okozza. A feszültségkorróziós repedésnek általában három feltételnek kell megfelelnie: (1) feszültségkorrózióra érzékeny anyagok; (2) rézötvözetekre érzékeny korrozív közeg; (3) bizonyos feszültségi feltételek.
Általános vélekedés szerint a tiszta fémek nem szenvednek feszültségkorróziótól, és minden ötvözet különböző mértékben érzékeny a feszültségkorrózióra. A sárgaréz anyagok esetében általános vélekedés szerint a kétfázisú szerkezet nagyobb feszültségkorróziós érzékenységgel rendelkezik, mint az egyfázisú szerkezet. A szakirodalomban beszámoltak arról, hogy ha a sárgaréz anyag Zn-tartalma meghaladja a 20%-ot, akkor nagyobb a feszültségkorróziós érzékenysége, és minél magasabb a Zn-tartalom, annál nagyobb a feszültségkorróziós érzékenység. A gázfúvóka metallográfiai szerkezete ebben az esetben egy α+β kétfázisú ötvözet, a Zn-tartalom pedig körülbelül 35%, messze meghaladva a 20%-ot, tehát nagy a feszültségkorróziós érzékenysége, és megfelel a feszültségkorróziós repedéshez szükséges anyagfeltételeknek.
Sárgaréz anyagok esetében, ha a hidegalakítás után nem végeznek feszültségcsökkentő lágyítást, megfelelő feszültségi körülmények és korrozív környezet mellett feszültségkorrózió lép fel. A feszültségkorróziós repedést okozó feszültség általában lokális húzófeszültség, amely lehet alkalmazott feszültség vagy maradékfeszültség. Miután a teherautó gumiabroncsa felfújásra kerül, a gumiabroncsban lévő nagy nyomás miatt húzófeszültség keletkezik a levegőfúvóka tengelyirányában, ami kerületi repedéseket okoz a levegőfúvókában. A gumiabroncs belső nyomása által okozott húzófeszültség egyszerűen kiszámítható a σ=p R/2t képlettel (ahol p a gumiabroncs belső nyomása, R a szelep belső átmérője, t pedig a szelep falvastagsága). Általánosságban elmondható azonban, hogy a gumiabroncs belső nyomása által okozott húzófeszültség nem túl nagy, és a maradékfeszültség hatását figyelembe kell venni. A gázfúvókák repedési pozíciói mind a visszahajlításnál vannak, és nyilvánvaló, hogy a visszahajlításnál a maradék deformáció nagy, és ott van egy maradék húzófeszültség. Valójában számos gyakorlati rézötvözet alkatrészben a feszültségkorróziós repedést ritkán okozzák tervezési feszültségek, és ezek többségét olyan maradékfeszültségek okozzák, amelyeket nem látnak és figyelmen kívül hagynak. Ebben az esetben a szelep hátsó hajlatánál a gumiabroncs belső nyomása által létrehozott húzófeszültség iránya megegyezik a maradékfeszültség irányával, és e két feszültség szuperpozíciója biztosítja az SCC feszültségfeltételét.
3. Következtetés és javaslatok
Következtetés:
A repedés agumiabroncs szelepfőként a SO2 által okozott feszültségkorróziós repedés okozza.
Javaslat
(1) Kövesse nyomon a korrozív közeg forrását a környezetbengumiabroncs szelep, és próbálja meg elkerülni a környező korrozív közeggel való közvetlen érintkezést. Például egy réteg korróziógátló bevonatot lehet felvinni a szelep felületére.
(2) A hidegalakításból eredő maradék szakítófeszültség megfelelő eljárásokkal, például hajlítás utáni feszültségcsökkentő lágyítással kiküszöbölhető.
Közzététel ideje: 2022. szeptember 23.
