地磅開裂的原因和處理方法

地磅傳感器彈性體會出現開裂的情況，要如何解決呢?

　傳感器彈性體開裂原因
　　1.試驗方法。采用光學顯微鏡和掃描電鏡分析失效彈性體裂紋和斷口特征，掃描電鏡型號JXA-840AEPMA;用X衍射技術分析失效彈性體表面殘留物成分，X衍射儀型號D/max—rC，掃描角度10°?80°，掃描速度3°/min;用ANSYS有限元軟件分析彈性體受載時彈性體六角頭應力分布。
　　2.失效分析。失效開裂2Cr13彈性體化學成分(質量分數)如下：C為0.195%，Mn為0.23%，P為0.027%，S為0.01%，Si為0.50%，Cr為12.52%，Ni為0.12%，Cu為0.12%，V為0.02%，其余為Fe。彈性體采用真空熱處理，彈性體屈服強度要求大于1000MPa。沿失效彈性體縱向制備小型拉伸試棒測試力學性能，結果為抗拉強度1470MPa,屈服強度1100MPa，延伸率11.5%，斷面收縮率50%，硬度46HRC。彈性體工作時，六角頭部位垂直朝下，彈性體六角頭與連接件接觸，該彈性體工作時承受的垂直壓力一般在10?30噸之間。表面殘留物提取及清洗后，失效2Cr13彈性體如圖1(a)所示。六角頭上出現多條裂紋，裂紋均起源于六角頭側面，然后向六角頭心部延伸。在距離彈性體端部6mm深處橫向切開六角頭，試樣經研磨拋光和超聲波清洗。圖1(b)顯示，該部位彈性體已被裂紋貫穿，距離彈性體端面一定距離處要先于彈性體端面形成貫穿裂紋，這和彈性體受壓時六角頭端面受壓應力而側面一定范圍內受拉應力有關。
　　選取圖1(b)中C、D部位制備試樣，試樣經酸蝕后微觀組織分別對應于圖(c)和圖(d)，基體為回火馬氏體組織，晶粒度7級。由圖1(c)、1(d)可見，裂紋起源于彈性體表面，然后沿晶界向內部發展，并呈“樹根”狀分布。用X衍射技術分析失效彈性體表面殘留物成分，殘留物X衍射結果見圖2。X衍射結果顯示彈性體使用
　　環境中含有大量硫化物，掃描電鏡能譜進一步分析表明，殘留物中硫元素含量達到4.0%(重量百分比)
　　采用ANSYS有限元軟件，選用Solid45單元建模并分析彈性體軸向受載30噸時的應力分布，彈性體六角頭分析結果見圖3。六角頭端面是半徑為160mm球面，彈性體軸向受壓時，六角頭端面受壓應力，邊緣受拉應力，應力是從六角頭中心部位受壓逐步向邊緣受拉過渡。計算表明，六角頭大拉應力不在端面邊緣，而是在距離端面6?9mm處六角頭側面的小平面上(圖1(a)箭頭所示)，六角頭側面上周向大拉應力為127MPa(圖3中MX表示)。有限元分析結果和圖1(a)、1(b)裂紋特征一致。
　　失效彈性體化學成分、力學性能和晶粒度的測試結果正常，彈性體采用真空熱處理，加之該彈性體材料碳含量為0.195%，可排除淬火裂紋可能性。失效彈性體存在多個裂紋源，裂紋沿晶界擴展，并呈“樹根”狀分布，裂紋具有應力腐蝕特征。拉應力和腐蝕介質是金屬發生應力腐蝕開裂的兩個*外部條件。有限元分析表明，當彈性體受30噸加載時，彈性體六角頭側面存在大127MPa拉應力，雖然拉應力值遠低于材料屈服強度，但對于應力腐蝕開裂，當拉應力超過該材料應力腐蝕開裂門檻值時裂紋即萌生和擴展。失效彈性體表面殘留物分析結果表明，該彈性體使用環境中存在大量FeS2，硫含量達到4.0%。在硫化物環境中，不銹鋼抗應力腐蝕開裂能力將被大大削弱，硫化物致使不銹鋼開裂已有大量的文獻報道，這些研究認為，硫化物開裂實際上是氫脆所致。2Cr13雖屬不銹鋼，但其碳高、鉻低，中溫回火可導致晶界貧鉻和回火脆性，促進應力腐蝕開裂。
　　此外，因彈性元件性能需要，彈性體屈服強度高于1000MPa，在硫化物環境中，當不銹鋼強度超過690MPa，材料將有明顯應力腐蝕傾向，應力腐蝕傾向隨材料強度增加而顯著。
　　改進措施
　　傳感器彈性體選用2Cr13馬氏體不銹鋼，2Cr13淬火后經高溫回火具有良好的抗弱腐蝕介質能力和綜合機械性能，其調質態組織在汽輪機、醫療器械和塑料模具等行業得到廣泛應用。中溫回火條件下，2Cr13鋼還具有較高的屈強比和優良的滯彈性、常溫蠕變等性能，該鋼還可作為稱重傳感器彈性體使用。作為傳感器的關鍵元件，彈性體強度對傳感器性能起到至關重要作用。為保證傳感器計量性能，對傳感器彈性體加工工藝采取兩點改進措施：①不銹鋼淬火溫度控制在1000°C左右，采用保護氣氛或真空，延長回火時間，回火溫度控制在200C?250C之間;②采用電鍍——鍍銘的表面處理方法。經調整彈性體熱處理工藝和表面處理方式，2Cr13彈性體熱處理后屈服強度要求高于1000MPa。試驗表明，新工藝傳感器應力腐蝕開裂敏感性指數從以前的70%降到了12%。
　　應力腐蝕試驗和現場應用驗證
　　1.應力腐蝕試驗。采用慢應變應力腐蝕試驗方法(SSRT)驗證和對比工藝改進前后2Cr13彈性體抗應力腐蝕能力，應力腐蝕試驗條件：常溫，應變速率4.17X10-5S-1，3.5%NaCl+0.5%HAc水溶液。有限元分析表明，當彈性體受30噸加載時，彈性體六角頭側面存在大103MPa拉應力，較未改進工藝前有所減小。
　　2.現場應用驗證。該傳感器生產工藝改進后，于2006年7月份安裝應用，至今未出現類似現象，其計量性能良好，該地磅經多次檢定均合格，且檢定數據證明各項指標良好，改進后的傳感器性能良好現仍在應用。
　　結論
　　1.應力腐蝕開裂是GD傳感器開裂的根本原因。硫化物環境和彈性體受載時六角頭側面形成的拉應力是GD彈性體應力腐蝕開裂的誘導因素。
　　2.經調整彈性體熱處理工藝和表面處理方式，SSRT試驗表明，新GD應力腐蝕開裂敏感性指數從以前的70%降到了12%。
　　3.特殊環境下工業企業在選擇地磅時，應當對使用環境加以明示，并保證地磅的使用環境達到使用要求。