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[摘 要]金属失效分析是找出构件失效原因的常用方法。本文对韧性材料、脆性材料进行失效分析，以灰铸铁、低碳钢两种常见的材料为例，对两种材料的拉力棒进行失效分析。在试样拉伸曲线、理化特性和端口特征进行比较，得出韧性、脆性材料在断裂时的不同，并给出两种材料在工业上的防护建议。
[关键词]韧性材料（Q235）；脆性材料（HT200）；拉力棒 ；构件失效分析
中图分类号：O346.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0010-01
1 前言
金属失效是目前发生安全事故的主要原因，失效的原因多种多样。对失效构件进行失效分析，找到失效原因，可以防止事故的再次发生，进一步提高构件的安全质量，增加社会、经济效益。采用金属构件失效分析方法对韧性材料（Q235）、脆性材料（HT200）进行分析。收集失效构件，分析其失效过程，确定失效的类型。通过观察断口纹理，对失效构件进行微观金相分析、理化特性分析，查找出失效原因。
2 失效分析
2.1 试样收集
在实验室收集的灰铸铁（HT200）、低碳钢（Q235）的拉伸试棒如图1所示。
其中拉伸试棒有效长度为100mm，直径为20mm，标准件按GB228-2002加工而成。
2.2 失效过程
2.2.1 试件准备
沿着低碳钢试件的标距长度内（l0=100mm或50mm）沿长度方向用画线器每隔10mm画一圆周线，将标距10等分，用来为断口位置做补偿。
2.2.2 安装试件
实验设备是液压万能材料试验机，型号WDW200D，将试件安装在上夹头上后缓慢加载，观察测力指针转动的情况，检查试件是否夹牢，如有打滑则重新安装。
2.2.3 实验
件缓慢均匀加载，观察测指针移动情况及拉伸过程中物理现象。对低碳钢试件，当指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录屈服载荷Fs。继续加载，直至试件断裂后停机，由被动针读出最大载荷Fb。对铸铁试件，拉断后记下最大载荷Fb。测得的拉伸曲线 如图2所示。
2.3 样件理化性能、断口特征
2.3.1理化特性
（1）铸铁拉伸试棒材料为HT200，其中化学成分：C：3.1～3.5% Si：1.8～2.1%；Mn：0.7～0.9% P<0.15%；S≤0.12% ，机械性能：σb ≥200Mpa。
（2）低碳钢拉伸试棒材料为Q235，各项指标为：化学成分：Q235A级含 C ≤0.22% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.050 P ≤0.045 ，机械性能：弹性模量（E/Gpa）：200～210 ，泊松比（ν）：0.25～0.33 ，抗拉强度（σb/MPa）：375-500，伸长率（δ5/%）：≥25（a>16-40mm）其中 a 为钢直径。
2.3.2 断口特性
拉伸试棒金相组织及断口形态如图3所示。
3 分析讨论
从实验过程看出Q235拉伸试棒变形与载荷成正比，载荷增大到最大力Fb时，试样明显变细，局部横截面积出现“颈缩”现象。HT200拉伸试棒没有屈服现象，载荷增大到最大值Pb处突然断裂。
从金相组织及断口看出HT200拉伸试棒断口平坦、断面粗糙，解理面呈河流状花样，看不到拉伸断口三个区域（纤维区、放射区、剪切唇区）。Q235拉伸试棒断口呈暗灰色纤维状，断口分成两个区域：断口中心区内断裂面凹凸不平，呈现出粗糙的锯齿状；.断口杯壁剪切区断裂面较为光滑，壁面沿着与轴线成45°倾斜面断裂，呈杯壁的断裂面，晶粒变得更细。
4 结论
（1）脆性材料（HT200）断裂机制为典型的解理断裂，最大正应力是其断裂原因。
（2）塑性材料（Q235）中心区不是发生剪切断裂而是发生脆性拉断，周边表层沿最大剪切应力的45度斜面上剪断形成杯锥状断口。
（3）温度低于韧脆转变温度时，零件韧性降低、容易变脆，避免在超出工作环境下进行工作。
（4）脆性材料不承受拉应力，在受较大拉应力的场合下，尽量避免使用脆性材料。对重要零件经常检查，出现问题及时更换。
参考文献
[1] 廖景娱，刘正义.金属构件失效分析.化学工业出版社，2003.
[2] 刘鸿文. 材料力学.高等教育出版社，2010.
[关键词]韧性材料（Q235）；脆性材料（HT200）；拉力棒 ；构件失效分析
中图分类号：O346.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0010-01
1 前言
金属失效是目前发生安全事故的主要原因，失效的原因多种多样。对失效构件进行失效分析，找到失效原因，可以防止事故的再次发生，进一步提高构件的安全质量，增加社会、经济效益。采用金属构件失效分析方法对韧性材料（Q235）、脆性材料（HT200）进行分析。收集失效构件，分析其失效过程，确定失效的类型。通过观察断口纹理，对失效构件进行微观金相分析、理化特性分析，查找出失效原因。
2 失效分析
2.1 试样收集
在实验室收集的灰铸铁（HT200）、低碳钢（Q235）的拉伸试棒如图1所示。
其中拉伸试棒有效长度为100mm，直径为20mm，标准件按GB228-2002加工而成。
2.2 失效过程
2.2.1 试件准备
沿着低碳钢试件的标距长度内（l0=100mm或50mm）沿长度方向用画线器每隔10mm画一圆周线，将标距10等分，用来为断口位置做补偿。
2.2.2 安装试件
实验设备是液压万能材料试验机，型号WDW200D，将试件安装在上夹头上后缓慢加载，观察测力指针转动的情况，检查试件是否夹牢，如有打滑则重新安装。
2.2.3 实验
件缓慢均匀加载，观察测指针移动情况及拉伸过程中物理现象。对低碳钢试件，当指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录屈服载荷Fs。继续加载，直至试件断裂后停机，由被动针读出最大载荷Fb。对铸铁试件，拉断后记下最大载荷Fb。测得的拉伸曲线 如图2所示。
2.3 样件理化性能、断口特征
2.3.1理化特性
（1）铸铁拉伸试棒材料为HT200，其中化学成分：C：3.1～3.5% Si：1.8～2.1%；Mn：0.7～0.9% P<0.15%；S≤0.12% ，机械性能：σb ≥200Mpa。
（2）低碳钢拉伸试棒材料为Q235，各项指标为：化学成分：Q235A级含 C ≤0.22% Mn ≤1.4% Si ≤0.35% S ≤0.050 P ≤0.045 ，机械性能：弹性模量（E/Gpa）：200～210 ，泊松比（ν）：0.25～0.33 ，抗拉强度（σb/MPa）：375-500，伸长率（δ5/%）：≥25（a>16-40mm）其中 a 为钢直径。
2.3.2 断口特性
拉伸试棒金相组织及断口形态如图3所示。
3 分析讨论
从实验过程看出Q235拉伸试棒变形与载荷成正比，载荷增大到最大力Fb时，试样明显变细，局部横截面积出现“颈缩”现象。HT200拉伸试棒没有屈服现象，载荷增大到最大值Pb处突然断裂。
从金相组织及断口看出HT200拉伸试棒断口平坦、断面粗糙，解理面呈河流状花样，看不到拉伸断口三个区域（纤维区、放射区、剪切唇区）。Q235拉伸试棒断口呈暗灰色纤维状，断口分成两个区域：断口中心区内断裂面凹凸不平，呈现出粗糙的锯齿状；.断口杯壁剪切区断裂面较为光滑，壁面沿着与轴线成45°倾斜面断裂，呈杯壁的断裂面，晶粒变得更细。
4 结论
（1）脆性材料（HT200）断裂机制为典型的解理断裂，最大正应力是其断裂原因。
（2）塑性材料（Q235）中心区不是发生剪切断裂而是发生脆性拉断，周边表层沿最大剪切应力的45度斜面上剪断形成杯锥状断口。
（3）温度低于韧脆转变温度时，零件韧性降低、容易变脆，避免在超出工作环境下进行工作。
（4）脆性材料不承受拉应力，在受较大拉应力的场合下，尽量避免使用脆性材料。对重要零件经常检查，出现问题及时更换。
参考文献
[1] 廖景娱，刘正义.金属构件失效分析.化学工业出版社，2003.
[2] 刘鸿文. 材料力学.高等教育出版社，2010.