金属失效分析【样卷及答案】参考-案例版2015

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1、交卷日期：12.11日前纸质版：乐学1208（或一楼邮箱）电子版：jinghua-jiang@hhu.edu.cn河海大学2015—2016学年第二学期金属失效分析期末试卷（材料类2015级硕士）学号姓名成绩一、失效案例分析：请同学们各自收集一个金属构件失效案例素材，分析该案例失效原因及预防改进措施（50分）。二、结合课程学习内容及该案例分析，简要回答以下问题：1.失效分析的意义；失效分析的程序；失效分析时需遵循的原则。（15分）2.试分析常见的金属失效类型及其典型特征。此案例中涉及了哪几种失效类型？（10分）3.金属失效

2、构件常见的理化检验方法有哪些？此案例中采用了哪些理化检验方法？（10分）4.本案例分析中可能存在哪些不足？浅谈你对失效分析的认识。（5分）【参考答卷】一、失效案例分析案例名称：高温烟机转子叶片断裂失效原因分析（一）案例描述某炼油厂催化装置烟气轮机在运行中转子叶片发生断裂，致使整套装置停车，使生产蒙受巨大的损失。为避免同类事故再次发生，从根源上消除安全隐患，对该烟机转子叶片的断裂原因进行了检验分析，以确定该转子叶片断裂的影响因素，从而采取相应的防护措施，确保设备安全稳定、长周期运行。烟气轮机是催化装置能量回收的关键设备。它利

3、用装置中产生的高温烟气带动转子，将装置中多余的压力能和热能转化为电能或机械能。由于催化装置高温烟气中含有催化剂固体颗粒，工作中以高速度冲蚀磨损叶片，极易导致叶片失效，严重影响到叶片的使用寿命。烟气轮机转子叶片材料为K213铸件，叶片表面喷涂耐磨涂层。转子运行速度：5530~5599r/min，入口压力：0.15~0.185Mpa，入口温度：630~670℃，出口压力：0.007~0.009Mpa，出口温度：480~520℃。烟气的介质成分见表1；烟气内催化剂固体含量≤200mg/m3，催化剂粒度分布%见表2。表1烟气介质成

4、分分布烟气介质O2CO2CON2H2OSO2比例/%0.1710.07.068.4414.340.056表2催化剂粒度分布催化剂粒度/μ≥10≥4~10≥2~4≥0~2分布/%3~55~1715~4040~80（二）失效分析过程1、取样从失效叶片中割取样本，分别编号。失效叶片外观如图1所示，从中割取检验的6件样本编号如图2所示。从图2可以看出，编号3#、4#两片从根部断裂，裂纹源在叶片表面，断口表面起伏较大。其余编号1#、2#、5#、6#叶片有不同程度的表面断裂，表面有油污，未见局部腐蚀和减薄。图1失效叶片外观图2样本编号

5、2、硬度测试采用TH320全洛氏硬度计对叶片根部取样进行硬度测试，将测得维氏硬度试验值与标准值进行对比，维氏硬度试验值如表3所示。标准Q/GYB502—1999《K213合金锭》中规定的硬度为342HV5，从表3可以看出，样本的硬度值均高于规定标准值。表3试样硬度测试试样编号硬度/HV5平均值3#378.2381.8374.4410.5418.7402.9394.44#353.5387.4369.4424.5406.5405.0391.15#424.5409.5420.5418.23、化学成分分析采用EDX（X光能量衍射仪

6、）对叶片断裂处取样进行化学成分测定，将测得的化学成分含量与标准范围进行对比，化学成分含量如表4、表5所示。Q/GYB502—1999《K213合金锭》化学成分含量的标准范围如表4、表5所示，可知大部分元素都在标准范围内，碳含量略微偏高。6表4试样化学成分%试样编号CSiMnSP3#0.120.220.110.00430.0085#0.120.230.100.00420.008标准范围≤0.10/≤0.50≤0.015≤0.015表5试样化学成分%试样编号CrNiMoCuFe3#14.0636.100.210.1049.06

7、5#14.1035.760.180.1049.39标准范围14.0~16.034.0~38.0≤0.54、金相分析采用UD-200M金相显微镜对叶片断口剖面进行观察，3#显微组织如图3、图4所示；4#显微组织如图5、图6所示。叶片显微组织为奥氏体+γ＇+碳化物并沿晶界分布，组织形貌不均匀。叶片内部存在铸造缺陷孔洞和氧化裂纹。图33#显微组织1图43#显微组织2图54#显微组织1图64#显微组织25、断口分析65．1断口宏观分析采用放大镜分别对根部及表面断裂的叶片断口进行观察，3#、4#样本的宏观形貌如图7所示，其它样本断口

8、宏观形貌如图8所示。图73#、4#样本断口宏观形貌图8其他样本断口宏观形貌3#、4#样本的宏观形貌：断口几乎与连接部位根部平行；裂纹源起源于样本表面，由表面扩展至内部；断面粗糙，起伏较大，无宏观塑性变形、未见壁厚减薄，断口呈黑色无金属光泽。其它样本断口宏观形貌：断面粗糙，无宏观塑性变形、未见壁厚减薄，断