一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方法技术

本发明专利技术提出一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，属于材料失效分析技术领域。该金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，对金属部件通过超声波探伤确定金属部件缺陷及伤损位置；截取伤损区域试样；将试样放置于三点弯曲试验机上；对试样进行三点弯曲疲劳试验；随着疲劳次数持续的增加，缺陷及伤损处疲劳断口萌生及增大，直至在缺陷及伤损处疲劳断裂，形成贯穿缺陷及伤损处的断口。通过本发明专利技术提出的金属部件缺陷及伤损的断口打开方式，对有内部伤损的金属件进行精准定位并打开。从而实现了有效并精准的打开伤损的位置，确保断口贯穿裂纹源所在的位置，有助于找到裂纹源并进行分析工作。有助于找到裂纹源并进行分析工作。有助于找到裂纹源并进行分析工作。

【技术实现步骤摘要】
一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方法


[0001]本专利技术属于材料失效分析
，具体涉及金属部件缺陷及伤损的断口打开方法。

技术介绍

[0002]随着我国铁路事业的发展，中国铁路的运营总里程已超过15万公里，钢轨及焊接接头的内部缺陷及伤损成为影响铁路运输安全的重要伤损类型之一。目前铁路行业对在线服役的钢轨、焊接接头及道岔部件进行定期的超声波探伤工作，用于检查金属部件是否存在内部缺陷及伤损。现场管理部门将对存在缺陷及伤损的部件及时进行更换，部分部件后续要进行失效分析工作，找到其失效的产生原因，便于现场安全责任的划定及金属部件的生产工艺改进工作。
[0003]钢轨的内部缺陷是指钢轨生产过程中形成的冶金缺陷和热处理缺陷等，例如白点、粗大非金属夹杂物、夹渣等。钢轨焊接接头的内部缺陷是指钢轨在焊接过程中形成的灰斑夹杂、疏松、气孔、夹渣等缺陷。此类制造缺陷一般尺寸较小(一般长度不大于3mm)，但在列车运行的交变载荷作用下可能会形成裂纹源并疲劳扩展，形成疲劳伤损。
[0004]对伤损钢轨件进行裂纹源分析，确定伤损类型，是找到伤损原因的重要方法。由于缺陷和伤损的尺寸较小，并位于钢轨件的内部，如何有效的打开裂纹源位置的断口是现在面临的一个难点。目前常规的压断方法和敲击方法均无法精确的打开缺陷位置的断口，从而无法找到裂纹源，导致不能最终确定伤损产生的根本原因。
[0005]CN113155560专利技术专利公开了一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，属于材料失效分析
，其过程是将含裂纹工件切割成包含裂纹的块状，块体端面到裂纹尖端保持设定距离；在具有压缩功能的试验机上安装可使含裂纹块体三点受力的夹具；将含裂纹块体放置在试验机上下夹具中间；使试验机上夹具向下移动，施加一个稳定的弯曲力，直至与含裂纹块体三点接触；从而实现金属工件裂纹处打开。
[0006]该现有技术其断口打开方式，依赖于肉眼观察金属部件表面裂纹位置，并且只能打开裂纹已扩展到金属部件表面的断口。但是，不能对部件的内部缺陷和伤损进行有效打开。特别是对于尺寸较小的内部缺陷和伤损，当采用该现有技术三点弯曲压断方法时，由于断裂裂纹为快速扩展过程，无法保证压断断口正好贯穿裂纹源所在位置。
[0007]CN106226171专利技术专利公开了基于计划方向改变的压电半导体断裂失效实验研究方法，该方法是针对基于极化方向改变的压电半导体在机械应力场、电流场、高电压场及其耦合场加载环境下的断裂损伤和断裂韧性。将压电半导体标准试样放在试验机的三点弯曲夹具上且裂纹朝下,然后在压电半导体标准试样的顶面加载机械应力进行压电半导体标准试样的断裂韧性实验。将压电半导体标准试样放在试验机的三点弯曲夹具上且裂纹朝下,同时浸没在盛有二甲基硅油的实验盒内,三点弯曲夹具采用绝缘材质且具有相应要求的强度和硬度；然后对压电半导体标准试样加载不同的电流值和/或机械应力值,进行在电流场作用时﹑机械应力场和电流场共同耦合作用时压电半导体标准试样的断裂韧性实验。
[0008]该现有技术的机理是，采用切口法在压电半导体预制一个带有裂纹的试样，并放在试验机的三点弯曲夹具上，同时施加一个机械应力场、电流场、高电压场及其耦合场的情况下获得一个压电半导体断裂失效。以上两项专利的技术方案，均采用了三点弯曲的方法，对实验的试验样品直接压断，会导致断裂处，因在短时间内受压力断裂开。与实际情况中，长时间被多次往复受力产生的断口情况完全不同，将影响断口打开的分析结果，甚至失去分析研究的价值。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于，提出一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方式，有效并精准的打开伤损的位置，确保断口贯穿裂纹源所在的位置，有助于找到裂纹源并进行分析工作。
[0010]本专利技术的目的之二在于，提出一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方式实现有内部伤损的金属件进行精准的打开断口。
[0011]本专利技术的目的之三在于，提出一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方式，可使打开断口与实际情况中，长时间被多次往复受力产生的断口情况相同，使得对打开断口的分析结果具有分析研究的价值。
[0012]本专利技术的目的是这样实现的：
[0013]为达到上述目的，本专利技术提出一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，对所述金属部件通过超声波探伤确定金属部件缺陷及伤损位置；截取伤损区域试样；将试样放置于三点弯曲试验机上；对试样进行三点弯曲疲劳试验；随着疲劳次数持续的增加，缺陷及伤损处疲劳断口萌生及增大，直至在缺陷及伤损处疲劳断裂，形成贯穿缺陷及伤损处的断口。
[0014]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的金属部件包括但不限于钢轨及焊接接头。
[0015]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件缺陷及伤损包括金属部件的内部缺陷及伤损。
[0016]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件的内部缺陷及伤损，包括但不限于钢轨中的白点、粗大非金属夹杂物、热处理缺陷、疲劳微裂纹。
[0017]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的金属部件的内部缺陷及伤损，包括但不限于焊接接头中的灰斑夹杂、疏松、气孔、夹渣。
[0018]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的金属部件缺陷及伤损包括金属部件的外部缺陷及伤损。
[0019]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的金属部件的外部缺陷及伤损，是裂纹已扩展到金属部件表面的断口，通过肉眼观察到金属表面裂纹的位置。
[0020]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，确定所述的金属部件缺陷及伤损位置包括，利用超声波对于金属部件的内部缺陷及伤损进行定位，在金属部件表面标记出内部缺陷及伤损的投影位置，并记录缺陷及伤损距离探伤表面的深度尺寸。
[0021]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的截取伤损区域试样包括，以金属部件缺陷及伤损位置为中心，截取长条状的试样。
[0022]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的长条状的试样，最
长不超过200mm，最短不小于疲劳试验机三点弯曲工装的最小支距。
[0023]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的长条状的试样，其宽度和厚度根据金属部件缺陷及伤损的尺寸，及金属部件的尺寸来确定。
[0024]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，在所述的长条状的试样中，探伤获得的金属部件缺陷及伤损边缘，距离试样横断面表面的深度为5mm左右。
[0025]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，所述的金属部件的内部缺陷及伤损的试样，指定任一侧表面作为伤损面，对伤损面边缘进行45
°
倒角处理。
[0026]如上所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其中，在所述的长条状的试样中，指定缺陷及伤损所在的侧面为伤损面，对伤损面边缘进行45...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，对所述金属部件通过超声波探伤确定金属部件缺陷及伤损位置；截取伤损区域试样；将试样放置于三点弯曲试验机上；对试样进行三点弯曲疲劳试验；随着疲劳次数持续的增加，缺陷及伤损处疲劳断口萌生及增大，直至在缺陷及伤损处疲劳断裂，形成贯穿缺陷及伤损处的断口。2.如权利要求1所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件包括但不限于钢轨及焊接接头。3.如权利要求1所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件缺陷及伤损包括金属部件的内部缺陷及伤损。4.如权利要求3所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件的内部缺陷及伤损，包括但不限于钢轨中的白点、粗大非金属夹杂物、热处理缺陷、疲劳微裂纹。5.如权利要求3所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件的内部缺陷及伤损，包括但不限于焊接接头中的灰斑夹杂、疏松、气孔、夹渣。6.如权利要求1所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件缺陷及伤损包括金属部件的外部缺陷及伤损。7.如权利要求6所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件的外部缺陷及伤损，是裂纹已扩展到金属部件表面的断口，通过肉眼观察到金属表面裂纹的位置。8.如权利要求1所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，确定所述的金属部件缺陷及伤损位置包括，利用超声波对于金属部件的内部缺陷及伤损进行定位，在金属部件表面标记出内部缺陷及伤损的投影位置，并记录缺陷及伤损距离探伤表面的深度尺寸。9.如权利要求1所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的截取伤损区域试样包括，以金属部件缺陷及伤损位置为中心，截取长条状的试样。10.如权利要求9所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的长条状的试样，最长不超过200mm，最短不小于疲劳试验机三点弯曲工装的最小支距。11.如权利要求9所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的长条状的试样，其宽度和厚度根据金属部件缺陷及伤损的尺寸，及金属部件的尺寸来确定。12.如权利要求9所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，在所述的长条状的试样中，探伤获得的金属部件缺陷及伤损边缘，距离试样横断面表面的深度为5mm左右。13.如权利要求12所述的金属部件缺陷及伤损的断口打开方法，其特征在于，所述的金属部件的内部缺陷及伤损的试样，指定任一侧表面作为伤损...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡杰，徐超，许鑫，杨其全，张倩，吕晶，王玉婷，王晨阳，曹欣旺，冯博宇，孙旭文，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京中铁科新材料技术有限公司铁科金化科技有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：