1. Test e analisi teorica
Dei 3valvole per pneumaticiTra i campioni forniti dall'azienda, 2 sono valvole e 1 è una valvola non ancora utilizzata. Per A e B, la valvola non utilizzata è contrassegnata in grigio. Figura 1. La superficie esterna della valvola A è poco profonda, la superficie esterna della valvola B è la superficie, la superficie esterna della valvola C è la superficie e la superficie esterna della valvola C è la superficie. Le valvole A e B sono ricoperte da prodotti di corrosione. Le valvole A e B presentano crepe in corrispondenza delle curve, la parte esterna della curva è lungo la valvola, l'imboccatura dell'anello della valvola B presenta crepe verso l'estremità e la freccia bianca tra le superfici fessurate sulla superficie della valvola A è contrassegnata. Da quanto sopra, le crepe sono ovunque, le crepe sono le più grandi e le crepe sono ovunque.
Una sezione delvalvola del pneumaticoI campioni A, B e C sono stati prelevati dalla curva e la morfologia superficiale è stata osservata con un microscopio elettronico a scansione ZEISS-SUPRA55, mentre la composizione micro-areale è stata analizzata con EDS. La Figura 2 (a) mostra la microstruttura della superficie della valvola B. Si può osservare la presenza di numerose particelle bianche e brillanti sulla superficie (indicate dalle frecce bianche in figura) e l'analisi EDS delle particelle bianche mostra un elevato contenuto di S. I risultati dell'analisi dello spettro energetico delle particelle bianche sono mostrati nella Figura 2 (b).
Le Figure 2 (c) ed (e) mostrano le microstrutture superficiali della valvola B. Dalla Figura 2 (c) si può osservare che la superficie è quasi interamente ricoperta da prodotti di corrosione e che gli elementi corrosivi dei prodotti di corrosione, rilevati tramite analisi dello spettro energetico, includono principalmente S, Cl e O; il contenuto di S nelle singole posizioni è più elevato e i risultati dell'analisi dello spettro energetico sono mostrati in Figura 2 (d). Dalla Figura 2 (e) si può osservare che sono presenti microfratture lungo l'anello della valvola sulla superficie della valvola A. Le Figure 2 (f) e (g) mostrano le micromorfologie superficiali della valvola C; anche la superficie è completamente ricoperta da prodotti di corrosione e gli elementi corrosivi includono anch'essi S, Cl e O, in modo simile alla Figura 2 (e). La causa della criccatura potrebbe essere la criccatura da corrosione sotto sforzo (SCC) rilevata dall'analisi dei prodotti di corrosione sulla superficie della valvola. La Figura 2(h) mostra anche la microstruttura superficiale della valvola C. Si può osservare che la superficie è relativamente pulita e che la composizione chimica della superficie analizzata tramite EDS è simile a quella della lega di rame, a indicare che la valvola non è corrosa. Confrontando la morfologia microscopica e la composizione chimica delle tre superfici della valvola, si dimostra la presenza di fluidi corrosivi come S, O e Cl nell'ambiente circostante.
La frattura della valvola B è stata aperta tramite il test di flessione e si è riscontrato che la frattura non ha penetrato l'intera sezione trasversale della valvola, si è fessurata sul lato della piega posteriore e non si è fessurata sul lato opposto alla piega posteriore della valvola. L'ispezione visiva della frattura mostra che il colore della frattura è scuro, a indicare che la frattura è stata corrosa, e alcune parti della frattura sono di colore scuro, a indicare che la corrosione è più grave in queste parti. La frattura della valvola B è stata osservata al microscopio elettronico a scansione, come mostrato in Figura 3. La Figura 3 (a) mostra l'aspetto macroscopico della frattura della valvola B. Si può osservare che la frattura esterna vicino alla valvola è stata ricoperta da prodotti di corrosione, indicando ancora una volta la presenza di mezzi corrosivi nell'ambiente circostante. Secondo l'analisi dello spettro energetico, i componenti chimici del prodotto di corrosione sono principalmente S, Cl e O, e i contenuti di S e O sono relativamente elevati, come mostrato in Figura 3 (b). Osservando la superficie di frattura, si osserva che il modello di crescita della frattura è lungo la tipologia cristallina. Osservando la frattura a ingrandimenti più elevati, è possibile osservare un gran numero di cricche secondarie, come mostrato in Figura 3(c). Le cricche secondarie sono contrassegnate da frecce bianche nella figura. I prodotti di corrosione e i modelli di crescita delle cricche sulla superficie di frattura mostrano ancora una volta le caratteristiche della corrosione sotto sforzo.
La frattura della valvola A non è stata aperta, rimuovere una sezione della valvola (inclusa la posizione incrinata), levigare e lucidare la sezione assiale della valvola e utilizzare la soluzione di FeCl3 (5 g) +HCl (50 mL) + C2H5OH (100 mL) per l'incisione, e la struttura metallografica e la morfologia di crescita della cricca sono state osservate con il microscopio ottico Zeiss Axio Observer A1m. La Figura 4 (a) mostra la struttura metallografica della valvola, che è una struttura bifasica α+β, con β relativamente fine e granulare e distribuita sulla matrice di fase α. I modelli di propagazione della cricca in corrispondenza delle cricche circonferenziali sono mostrati nelle Figure 4 (a), (b). Poiché le superfici della cricca sono riempite con prodotti di corrosione, lo spazio tra le due superfici della cricca è ampio ed è difficile distinguere i modelli di propagazione della cricca. fenomeno di biforcazione. Su questa cricca primaria sono state osservate anche numerose cricche secondarie (contrassegnate con frecce bianche nella figura), vedere Fig. 4(c), che si propagavano lungo la venatura. Il campione di valvola inciso è stato osservato al microscopio elettronico a scansione (SEM), riscontrando la presenza di numerose microcricche in altre posizioni parallele alla cricca principale. Queste microcricche si originavano dalla superficie e si espandevano verso l'interno della valvola. Le cricche presentavano una biforcazione e si estendevano lungo la venatura, vedere Figure 4 (c), (d). L'ambiente e lo stato di stress di queste microcricche sono pressoché identici a quelli della cricca principale, quindi si può dedurre che anche la forma di propagazione della cricca principale sia intergranulare, il che è confermato anche dall'osservazione della frattura della valvola B. Il fenomeno di biforcazione della cricca mostra ancora una volta le caratteristiche della criccatura da corrosione sotto sforzo della valvola.
2. Analisi e discussione
In sintesi, si può dedurre che il danno alla valvola sia causato da cricche da corrosione sotto sforzo causate da SO2. La cricche da corrosione sotto sforzo generalmente deve soddisfare tre condizioni: (1) materiali sensibili alla corrosione sotto sforzo; (2) mezzo corrosivo sensibile alle leghe di rame; (3) determinate condizioni di stress.
Si ritiene generalmente che i metalli puri non siano soggetti a corrosione sotto sforzo, e tutte le leghe sono suscettibili a tale fenomeno in diversa misura. Per i materiali in ottone, si ritiene generalmente che la struttura bifasica abbia una maggiore suscettibilità alla corrosione sotto sforzo rispetto alla struttura monofasica. In letteratura è stato riportato che quando il contenuto di Zn nell'ottone supera il 20%, la suscettibilità alla corrosione sotto sforzo è maggiore, e maggiore è il contenuto di Zn, maggiore è la suscettibilità alla corrosione sotto sforzo. La struttura metallografica dell'ugello del gas in questo caso è una lega bifasica α+β, e il contenuto di Zn è di circa il 35%, ben superiore al 20%, quindi presenta un'elevata sensibilità alla corrosione sotto sforzo e soddisfa le condizioni del materiale richieste per la criccabilità da corrosione sotto sforzo.
Per i materiali in ottone, se non viene eseguita la ricottura di distensione dopo la deformazione a freddo, si verificherà corrosione sotto sforzo in condizioni di sollecitazione idonee e in ambienti corrosivi. La sollecitazione che causa la criccatura da corrosione sotto sforzo è generalmente una sollecitazione di trazione locale, che può essere una sollecitazione applicata o una sollecitazione residua. Dopo aver gonfiato il pneumatico del camion, si genererà una sollecitazione di trazione lungo la direzione assiale dell'ugello dell'aria a causa dell'elevata pressione all'interno del pneumatico, che causerà cricche circonferenziali nell'ugello. La sollecitazione di trazione causata dalla pressione interna del pneumatico può essere calcolata semplicemente secondo σ=p R/2t (dove p è la pressione interna del pneumatico, R è il diametro interno della valvola e t è lo spessore della parete della valvola). Tuttavia, in generale, la sollecitazione di trazione generata dalla pressione interna del pneumatico non è eccessiva e si dovrebbe considerare l'effetto della sollecitazione residua. Le posizioni di criccatura degli ugelli del gas sono tutte in corrispondenza della piega posteriore, ed è ovvio che la deformazione residua in corrispondenza della piega posteriore è elevata e che in tale punto è presente una sollecitazione di trazione residua. Infatti, in molti componenti pratici in lega di rame, la criccatura da corrosione sotto sforzo è raramente causata da sollecitazioni di progetto, e la maggior parte di esse è causata da sollecitazioni residue che non vengono viste e ignorate. In questo caso, in corrispondenza della piega posteriore della valvola, la direzione della sollecitazione di trazione generata dalla pressione interna dello pneumatico è coerente con la direzione della sollecitazione residua, e la sovrapposizione di queste due sollecitazioni fornisce la condizione di sollecitazione per la corrosione sotto sforzo.
3. Conclusione e suggerimenti
Conclusione:
La rottura delvalvola del pneumaticoè causata principalmente dalla corrosione sotto sforzo provocata da SO2.
Suggerimento
(1) Tracciare la fonte del mezzo corrosivo nell'ambiente circostante l'valvola del pneumaticoe cercare di evitare il contatto diretto con il mezzo corrosivo circostante. Ad esempio, è possibile applicare uno strato di rivestimento anticorrosivo sulla superficie della valvola.
(2) La tensione residua di trazione della lavorazione a freddo può essere eliminata mediante processi appropriati, come la ricottura di distensione dopo la piegatura.
Data di pubblicazione: 23 settembre 2022
