汽車（chē）衡是汽車運輸物資的常用（yòng）計量設備，某企業在2013年（nián）10月份安裝了1台100噸地磅主要用於公司自產硫精礦（kuàng）、鐵精礦、銅（tóng）精礦以及外購原煤等物料入庫和出庫的計量。該汽車衡在使用一（yī）年後發現其計量誤差較大，經檢查發現（xiàn）有部（bù）分傳（chuán）感（gǎn）器已傾斜，垂直度不夠，取（qǔ）出1隻（zhī）傳感器（qì）後（hòu）發現傳感器彈性體六角頭已開裂，將其餘7隻傳（chuán）感器取出發現均有此（cǐ）現象。另外，部分傳感器彈性元（yuán）件一側有（yǒu）明顯磨損，更換傳感器後運行正常。2005年底此現象再次發生，該汽車（chē）衡傳感（gǎn）器平（píng）均使用壽命低於一年。為了徹底解決此問題，對開裂的傳感器彈（dàn）性體進行綜合分析，並校正傳感（gǎn）器，使之保持垂直。通過改進傳（chuán）感器熱（rè）處理工藝，提高（gāo）了彈性體抗應力腐（fǔ）蝕係數。

汽（qì）車衡廠家談傳感器彈（dàn）性體開裂原因

1.試驗方法。采用光學顯（xiǎn）微鏡和掃描電鏡分析失效彈性體裂紋和（hé）斷口特征，掃描電鏡型號JXA-840AEPMA;用X衍射技術分析失（shī）效彈性體表麵（miàn）殘（cán）留物成分，X衍射儀（yí）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（dàn）性體受載時彈性（xìng）體六角頭應力分布。

2.失效分（fèn）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%，其餘為（wéi）Fe。彈性體采用真（zhēn）空熱處理，彈性體屈服強度要（yào）求大於1000MPa。沿失（shī）效（xiào）彈性體縱向製備小型拉伸試棒測試力學性能，結果為抗拉強度1470MPa,屈服強（qiáng）度1100MPa，延伸率11.5%，斷麵（miàn）收縮率50%，硬度（dù）46HRC。彈性體工作（zuò）時，六角頭部位垂直（zhí）朝下，彈性體（tǐ）六角頭與（yǔ）連接件接觸，該彈性體工（gōng）作時承受的垂直壓力一般在（zài）10?30噸之間。表麵殘（cán）留物提取及清洗後，失效2Cr13彈性體（tǐ）如（rú）圖1(a)所示。六角頭上出現多條裂紋，裂紋均起源於六角（jiǎo）頭側麵（miàn），然後向（xiàng）六角頭心部延伸。在距離彈性體端部6mm深處橫向（xiàng）切開六角頭，試樣經研磨拋光和超聲波（bō）清洗（xǐ）。圖1(b)顯（xiǎn）示，該部（bù）位彈性體已被裂紋貫穿，距離彈性體端麵一定距離處要先於彈性體（tǐ）端麵（miàn）形成貫穿裂紋，這和彈性體受壓時六（liù）角頭（tóu）端麵受（shòu）壓應（yīng）力而側麵一定範圍內受拉應力有（yǒu）關。

選取圖1(b)中C、D部位製備試樣，試樣經酸蝕後微觀組（zǔ）織分別對應於（yú）圖（c)和圖（tú）（d)，基體為回火（huǒ）馬氏體組織（zhī），晶粒度7級。由圖1(c)、1(d)可見，裂紋起源於彈性體表麵，然後沿晶界向內部發展，並呈“樹根”狀分布。用X衍射技術分析失效彈性體表麵（miàn）殘留物成分，殘留物X衍射結果（guǒ）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（pǔ）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（yǒu）限元軟件，選用Solid45單元建模並分析彈性體軸向（xiàng）受載30噸時的應力分布，彈性體六角頭分（fèn）析結果見圖3。六角頭端（duān）麵是半徑為160mm球麵，彈性體軸向受（shòu）壓時，六角頭（tóu）端麵受壓應力，邊緣受拉應力，應力是從六（liù）角頭中心部位受壓逐步向邊（biān）緣受拉過渡。計算表（biǎo）明，六角頭最大拉應力（lì）不在端麵邊緣，而是在距離端麵6?9mm處六角頭（tóu）側麵（miàn）的小平麵上，六角頭側麵（miàn）上周向（xiàng）最大拉應力為127MPa。

失（shī）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（cǎi）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。由圖1可（kě）知，失效（xiào）彈性體（tǐ）存在多個裂紋（wén）源，裂紋沿晶界擴展，並呈“樹根（gēn）”狀分布，裂紋具有應力腐蝕特征（zhēng）。拉應力和腐蝕介質是金屬發（fā）生應力腐蝕（shí）開裂的（de）兩個必備外部條件。有限（xiàn）元分析表明，當彈性體受30噸加載時（shí），彈性體六角頭側麵（miàn）存在最大127MPa拉應力，雖然拉（lā）應（yīng）力值遠低於材料屈服強度，但對於（yú）應力（lì）腐蝕開裂，當拉應力超過（guò）該材料應力腐蝕開（kāi）裂門檻值時裂紋即萌生和擴展。失效彈性體表麵殘留（liú）物分析結果表（biǎo）明，該彈性（xìng）體使用環境中存在大量FeS2，硫含量達到4.0%。在硫化（huà）物環境中，不鏽（xiù）鋼（gāng）抗應力腐蝕開裂能力將被大大削弱，硫化物致使不鏽鋼開裂（liè）已有大量的文獻報道，這些（xiē）研（yán）究（jiū）認為，硫化物開裂實際（jì）上是氫脆所致。2Cr13雖（suī）屬不鏽鋼，但其碳高、鉻低，中溫（wēn）回（huí）火可導致晶界貧鉻和回火脆性，促進應力（lì）腐（fǔ）蝕開（kāi）裂。

此外，因彈性元件性能需要，彈性體屈服強度高於1000MPa，在硫化（huà）物環境中，當不鏽鋼強度超過690MPa，材（cái）料將有明顯應力腐蝕傾向，應力腐蝕傾向隨材料強度增（zēng）加而顯（xiǎn）著。

汽車（chē）衡廠家談改進（jìn）措施：傳感器彈（dàn）性體選用2Cr13馬氏體不鏽鋼，2Cr13淬（cuì）火後經高溫回火（huǒ）具有良好的（de）抗弱腐（fǔ）蝕介質能（néng）力（lì）和綜合機械性能，其調質態組織（zhī）在汽輪（lún）機、醫療（liáo）器械和塑料模具等行業得到廣泛應用（yòng）。中溫回火條件下，2Cr13鋼還具有較高的屈強比和優良的（de）滯彈性、常溫（wēn）蠕變等性能，該鋼還可作為稱（chēng）重傳感器彈性（xìng）體使用。作為傳感器的關鍵元件，彈性（xìng）體強度（dù）對傳感器性能起到至關重要作用。為保證傳感器計（jì）量性能，對傳感器彈性體加工工藝采取兩（liǎng）點改進措施：①不鏽鋼淬火溫度控（kòng）製在1000°C左（zuǒ）右，采用保護氣（qì）氛或真空，延長回火時間，回火溫度控（kòng）製在200C-250C之間；②采（cǎi）用電鍍--鍍銘的表麵處（chù）理方（fāng）法。經調整彈性體熱處理工藝和表麵處理方式，2Cr13彈性體熱（rè）處理後（hòu）屈服強度要（yào）求高於1000MPa。試驗表明，新工藝傳感器應力腐蝕開裂敏（mǐn）感性指數從以前的70%降到了12%。

汽車衡（héng）廠（chǎng）家（jiā）談（tán）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（biàn）應力腐蝕試驗方法（SSRT)驗證和對比（bǐ）工藝改進前後2Cr13彈性體抗應力腐（fǔ）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（yǒu）限元分析表明，當彈性體受30噸加載時，彈性體六角頭側麵存在最大103MPa拉應（yīng）力，較未改（gǎi）進工藝前有所減小。

2.現場應（yīng）用驗證。該傳感器生（shēng）產工藝改進後，於（yú）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，該汽車衡經多次檢定均合（hé）格，且檢定數據證明各項指（zhǐ）標良好，改進（jìn）後的傳感器性能良好現仍在（zài）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（cè）麵形成的拉應力是GD彈性體應力腐蝕開裂（liè）的誘導因素。

2.經調整彈性體熱處理工（gōng）藝和表麵處理（lǐ）方式，SSRT試驗表明，新（xīn）GD應力腐（fǔ）蝕開裂敏感性指（zhǐ）數從以前的70%降到了12%。

3.特殊環境下工業企業在選擇汽車衡（héng）時，應（yīng）當對使用（yòng）環境加以明示，並保證（zhèng）汽（qì）車衡的使用環境達到使用要求。