摘 要:對(duì)一支保護(hù)管為 GH3128高溫合金的鎧裝熱電偶電纜的斷裂原因進(jìn)行分析,并提出工 藝改進(jìn)措施。結(jié)果表明:保護(hù)管內(nèi)壁存在凹坑,并有氧化鎂嵌入,使內(nèi)壁在拉拔過(guò)程中受到較大應(yīng) 力,增加了裂紋源萌生的概率;鎧裝電纜保護(hù)管內(nèi)、外壁受到較大應(yīng)力,使其材料發(fā)生成分偏析,材 料顯微組織極不均勻,最終導(dǎo)致鎧裝電纜在彎曲加工過(guò)程中斷裂。

關(guān)鍵詞:鎧裝熱電偶電纜;GH3128高溫合金;應(yīng)力;斷裂 

中圖分類號(hào):TG356.52;TG156.23                            文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B                          文章編號(hào):1001-4012(2022)04-0049-03

鎧裝熱電偶是一種常用的溫度測(cè)量傳感器,可 用來(lái)直接測(cè)量或控制各種生產(chǎn)過(guò)程中流體、氣體以 及固體介質(zhì)的表面溫度,應(yīng)用十分廣泛[1-2]。鎧裝熱 電偶電纜由金屬保護(hù)管、氧化物絕緣材料和熱電偶 絲組合鎧裝而成[3-5]。 

304不銹 鋼、316 不 銹 鋼,以 及 一 些 高 溫 合 金 通常作為熱電偶鎧裝電纜保護(hù)管的材料。在某些 領(lǐng)域,也采用 GH3128合金作為其保護(hù)管的材料。 GH3128合金是以鎢元素、鉬元素為強(qiáng)化元素的固 溶強(qiáng)化高 溫 合 金,其 硬 度 高,強(qiáng) 度 大,但 該 電 纜 的 加工難度大。

筆者 對(duì) 一 支 在 彎 曲 加 工 過(guò) 程 中 發(fā) 生 斷 裂 的 ?4.5mm 鎧裝熱電偶電纜斷裂原因進(jìn)行分析,并提 出工藝改進(jìn)措施。該鎧裝熱電偶電纜由?1.75mm 的 NiCr-NiSi熱電偶絲(K 型)及對(duì)應(yīng)的氧化鎂瓷柱 組裝進(jìn)尺寸為?12mm×1.4mm 的 GH3128合金 管內(nèi),再整體經(jīng)過(guò)多道次拉拔至?4.5mm。鎧裝熱 電偶電纜經(jīng)過(guò)每道次拉拔后需進(jìn)行1070 ℃的熱處 理,保護(hù)管的最終壁厚約為0.7mm。 

1 理化檢驗(yàn) 

1.1 宏觀觀察 

斷裂和未斷裂鎧裝熱電偶電纜的宏觀形貌如 圖1所示,兩根熱電偶電纜的外徑均為4.5mm。由 圖1可知:斷裂的鎧裝熱電偶電纜已經(jīng)過(guò)拋光處理,其在?30mm 的棒材上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時(shí)發(fā)生斷裂, 整個(gè)斷口較為平整;未斷裂的鎧裝熱電偶電纜未進(jìn) 行拋光處理,在?30mm 和?12 mm 的棒材上進(jìn)行 彎曲試驗(yàn)后,其表面未發(fā)現(xiàn)裂紋和皺褶。

1.2 金相檢驗(yàn)

斷裂和未斷裂鎧裝熱電偶保護(hù)管的顯微組織如 圖2所示,可見(jiàn)斷裂和未斷裂鎧裝熱電偶的顯微組 織均為奧氏體+碳氮化物,晶粒和晶界內(nèi)都有大量 析出物,且晶界清晰。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)晶粒度評(píng)級(jí)圖,斷裂 鎧裝熱電偶的晶粒度為7級(jí),未斷裂鎧裝熱電偶的 晶粒度為8級(jí)。

由圖2c)可知,斷裂鎧裝熱電偶保護(hù)管的顯微 組織極其不均勻,靠近內(nèi)壁的組織與心部組織差別 很大,不均勻部分超過(guò)壁厚的1/3,靠近內(nèi)壁材料的 硬度明顯高于心部。保護(hù)管內(nèi)、外壁均不平整,存在 較多缺陷,外壁缺陷較淺,內(nèi)壁缺陷較深。未斷裂鎧 裝熱電偶保護(hù)管的顯微組織相對(duì)均勻,內(nèi)壁均勻平 滑[見(jiàn)圖2d)],這可能是由于斷裂鎧裝熱電偶保護(hù) 管內(nèi)壁存在本征裂紋,在管材拉拔過(guò)程中,氧化鎂瓷 柱的不均勻破碎使得內(nèi)壁受力不均勻,局部?jī)?nèi)壁受 到較大應(yīng)力,誘發(fā)內(nèi)部裂紋的萌生,同時(shí)使晶粒破碎 重組更為充分,因此保護(hù)管內(nèi)壁的晶粒度普遍低于 外壁,且難以辨清晶界。

1.3 掃描電鏡及能譜分析

采用 TESCAN VEGA3型掃描電子顯微鏡對(duì) 斷裂鎧 裝 熱 電 偶 保 護(hù) 管 進(jìn) 行 斷 口 掃 描 分 析 (見(jiàn) 圖 3)。由圖3可知:整體看斷口較平整,未發(fā)現(xiàn)明顯的剪切區(qū),高倍下觀察可知其主要以韌窩狀為主,內(nèi)壁 剪切區(qū)主要以脆性開(kāi)裂為主,但斷面上仍能觀察到 未聚集長(zhǎng)大的淺小韌窩;斷口心部微觀形貌呈現(xiàn)大 量韌窩,無(wú)滑移帶和剪切面的出現(xiàn),可見(jiàn)該斷裂為韌 性斷裂。由圖3b)可知,在斷裂鎧裝熱電偶保護(hù)管 的內(nèi)壁發(fā)現(xiàn) V 型缺口,這是由于內(nèi)壁發(fā)生脆化,保 護(hù)管在彎曲過(guò)程中開(kāi)裂。 

對(duì)斷裂和未斷裂鎧裝熱電偶保護(hù)管進(jìn)行能譜分 析(見(jiàn)圖4),發(fā)現(xiàn)斷裂保護(hù)管的晶界和晶粒間都有 大量的析出物,晶粒間主要為顆粒狀析出物,晶界上 除了有顆粒狀析出物,還有棒狀和鏈狀析出物,說(shuō)明 組織內(nèi)有多種析出物同時(shí)析出。經(jīng)過(guò)能譜分析可 知,析出物主要為富含鉬元素和鎢元素的析出物,其 中,圖4c)為靠近保護(hù)管內(nèi)壁位置的微觀形貌,有大 量的白色顆粒物,鉬元素和鎢元素的含量偏高,鉻元 素含量略有增加,而鎳元素含量與基體相比少很多, 可見(jiàn)材料已經(jīng)發(fā)生成分偏析。 

2 綜合分析

文獻(xiàn)[6]的研究表明,該合金在固溶狀態(tài)下應(yīng)出 單相奧氏體基體以及少量的析出相組成。由于該合 金的碳含量很低,形成的碳化物很穩(wěn)定,在固溶時(shí)不 能完全溶解,因此在不同溫度時(shí),晶粒內(nèi)部仍然存在 彌散分布的碳化物[6]。

鎧裝熱電偶電纜在加工過(guò)程中,要經(jīng)過(guò)多道次 拉拔,每經(jīng)過(guò)幾個(gè)道次,需進(jìn)行熱處理才能確保鎧裝 電纜具有較好的拉拔加工性能。由圖3可知,鎧裝 電纜在拉拔過(guò)程中,外壁受到拉絲模的擠壓與摩擦, 而內(nèi)壁受到氧化鎂的擠壓與摩擦。保護(hù)管內(nèi)壁在拉 拔過(guò)程中受到較大的應(yīng)力,該應(yīng)力明顯高于保護(hù)管 外壁受到的應(yīng)力。保護(hù)管內(nèi)部缺陷中填滿了氧化鎂 粉,說(shuō)明鎧裝熱電偶電纜保護(hù)管在拉拔過(guò)程中已經(jīng) 產(chǎn)生了裂紋,這應(yīng)該是保護(hù)管內(nèi)壁本身缺陷導(dǎo)致的。

保護(hù)管壁厚較薄,外壁由于受到拉絲模的擠壓 與摩擦形成脆化層,原材料保護(hù)管內(nèi)存在凹坑,使保 護(hù)管組織不均勻,從而在鎧裝電纜的彎曲加工過(guò)程 中,保護(hù)管外壁產(chǎn)生缺陷后,鎧裝電纜很快斷裂。

3 結(jié)論

(1)原材料管材內(nèi)壁存在凹坑,并有氧化鎂嵌入,使內(nèi)壁在拉拔過(guò)程中受到較大應(yīng)力,增加了裂紋 源萌生的概率。

(2)由于受到拉絲模的擠壓與摩擦,保護(hù)管外 壁形成脆化層,由于原材料管材內(nèi)存在凹坑,因此保 護(hù)管內(nèi)壁脆化并產(chǎn)生缺陷,塑性較好的區(qū)域變薄,從 而在鎧裝電纜彎曲加工過(guò)程中,保護(hù)管外壁產(chǎn)生缺 陷后,鎧裝電纜很快就發(fā)生斷裂。 

(3)通過(guò)增加原材料管材內(nèi)壁的檢測(cè)工序,可 剔除存在凹坑的管材,避免鎧裝電纜失效。

參考文獻(xiàn): 

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<文章來(lái)源> 材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 4期 (pp:49-51)>