解析连铸钢异常断口及应对策略

在连铸钢生产和钢构件的使用过程中，断裂失效是经常发生的，这种断裂往往十分可怕，如塔吊的折断、汽车主轴的断裂、齿轮箱主轴的爆断等，轻者设备损坏，重者机毁人亡。机械装备的失效会给国民经济和人们生活造成巨大的损失。因此，机械装备的失效分析和预防工作得到了世界各国的广泛重视。这些事故和质量问题的发生常常与连铸钢的冶金缺陷、晶粒内部和晶界缺陷、夹杂物、金相组织缺陷、气体、化学元素偏析、钢构件表面加工缺陷等因素密切相关。

任何工程材料或结构件，不论在服役前，还是在使用过程中，由于载荷、介质和温度的作用，都有可能产生裂纹并最终导致断裂。断裂往往发生在钢的最薄弱部位，特别是与连铸钢的缺陷密切相关。连铸钢的质量最终要经过使用中是否发生失效来检验，在磨损、腐蚀、断裂和变形等失效方式中，断裂失效是最主要、最直观的失效方式，按照载荷方式及环境因素的作用可将金属的断裂分为：冲击断裂、拉伸断裂、剪切断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、持久断裂、金属脆化断裂、氢致延迟断裂、应力腐蚀断裂以及各种焊接裂纹导致的断裂。这些断裂方式的共同特点是断裂过程包括裂纹的萌生、扩展和最后瞬断三个阶段。断裂形成的断面称之为断口，断口上记录了断裂过程留下的痕迹和特征，是分析断裂机理与原因的重要依据。

通常情况下，断裂发生的断口为典型断口。典型断口一般是在单因素作用下形成的断口，诊断相对简单，以往的研究也给出了特征判据，现在已经处于成熟阶段，典型断口诊断是断口诊断的基础和前提。韧性断口、脆性断口和疲劳断口是三大类典型断口。区分韧性断口和脆性断口的主要依据是宏观塑性变形的大小，区分脆性断口和疲劳断口的主要依据是断口的形貌特征。韧性断口典型的微观形貌特征是韧窝，有时表现为蛇形滑动（涟波花样）；脆性断口典型的微观形貌特征是解理台阶、河流花样或冰糖状的沿晶形貌；疲劳断口最典型的微观形貌特征是疲劳条带，有时会出现轮胎痕迹或鱼骨状痕迹。(www.xing528.com)

随着工业技术的发展，服役件的设计和工况越来越复杂，其断裂失效后形成的断口并非典型断口，而是表现为多因素作用下过渡态的非典型断口形貌，这给科学诊断带来了一定的困难。本章列举的非典型朽木状断口、偏析线断口、分离断口、轮胎状疲劳断口、撕裂状断口等异常断口案例，试图在非典型异常断口的研究领域起到一个抛砖引玉的作用。如航空发动机叶片在高温高速等极其恶劣的环境中工作，承受离心力、气动力、振动和热应力等复杂载荷的联合作用，断裂事故时有发生，其断口多为以疲劳断口特征为主的非典型断口。

现在还缺乏对复杂的过渡态非典型断口特征判据的研究。今后应在典型断口特征判据的基础上，按照断口随服役件材料内在性质和外部载荷、环境、条件的变化规律，研究出过渡态非典型断口的特征判据，丰富断口诊断的内容。