汽車衡是汽車運輸物資的常用（yòng）計量設備，某企業在2013年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（wài）購原煤等物料入（rù）庫和出庫的計量。該汽車衡在使用一年後（hòu）發現其計量誤差（chà）較大，經檢查發現有（yǒu）部分傳感器已傾（qīng）斜，垂直度不夠，取出1隻傳感器後發現傳感器（qì）彈（dàn）性體六角頭已（yǐ）開裂，將（jiāng）其餘7隻（zhī）傳感器取（qǔ）出發現均有此現象。另外，部分傳感器彈性元件一側（cè）有明顯（xiǎn）磨損，更換傳感器後（hòu）運行正常。2005年底此現象再次發生，該汽（qì）車衡傳（chuán）感器平（píng）均使用壽命低於（yú）一年。為了徹底解決（jué）此問題，對開（kāi）裂的傳感器彈性體進行綜合分析，並校正傳感器，使之保持垂直。通過改進傳感器熱處（chù）理工藝，提高了彈性體抗應力腐蝕係數。

汽車衡廠家談傳感器彈性體開裂原因

1.試（shì）驗方法。采用光（guāng）學（xué）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（hào）JXA-840AEPMA;用X衍射技（jì）術分析失效彈性體表麵殘留物成分，X衍射儀型號D/max-rC，掃（sǎo）描角度10°?80°，掃（sǎo）描速（sù）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（xī）。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Fe。彈性（xìng）體采用真空熱處理，彈性（xìng）體屈服（fú）強度要求大於1000MPa。沿失效彈性體縱向製備小（xiǎo）型拉伸試（shì）棒測試力學性能，結果為抗拉強度（dù）1470MPa,屈（qū）服強度1100MPa，延伸率（lǜ）11.5%，斷麵（miàn）收縮率50%，硬（yìng）度46HRC。彈（dàn）性（xìng）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（chéng）受的垂直壓力一般在10?30噸之間。表麵殘留物提取及清洗後，失效2Cr13彈性體如圖1(a)所示。六角頭上出現多條裂紋，裂紋均起源於六（liù）角頭（tóu）側麵，然後向六角頭心部延伸（shēn）。在距離彈性體端部6mm深處橫向切開六角頭，試（shì）樣經研磨拋光和超聲（shēng）波清洗。圖1(b)顯示，該（gāi）部位彈性體已被裂紋貫穿，距離（lí）彈性體端麵一定距離處要先於彈性（xìng）體端麵形成貫穿裂紋（wén），這和（hé）彈性體受壓時六角（jiǎo）頭端麵受壓（yā）應力而側麵一（yī）定範（fàn）圍內受（shòu）拉應力有關。

選（xuǎn）取（qǔ）圖（tú）1(b)中C、D部位製備試樣，試樣（yàng）經酸蝕後（hòu）微觀（guān）組織分別對應於圖（c)和圖（d)，基體為回火馬氏體組織，晶粒度7級。由（yóu）圖1(c)、1(d)可見，裂紋起源（yuán）於彈性體表麵，然後沿晶界向內部（bù）發展，並（bìng）呈“樹根”狀分（fèn）布。用X衍射技術（shù）分析失效彈性體表麵殘留物成分（fèn），殘留物X衍射結果見圖（tú）2。X衍射結果顯示彈性體使用環境中含（hán）有大量硫化（huà）物，掃描電鏡能譜進一步分析表明，殘留物中硫元素含量（liàng）達到（dào）4.0%(重量百分比）采用ANSYS有限元軟件，選用（yòng）Solid45單元（yuán）建模並分（fèn）析彈性體軸向受載30噸時的應（yīng）力（lì）分布，彈性體六角頭分析結果（guǒ）見圖3。六角頭端麵是半徑為160mm球麵，彈性體軸向受壓時（shí），六角頭端麵受（shòu）壓應力，邊緣受拉應力，應（yīng）力是從六角頭中心部位受（shòu）壓逐步向邊緣受拉過渡。計算表明，六角頭最大拉應力不在端麵（miàn）邊緣，而是在距離（lí）端（duān）麵6?9mm處六角頭側麵的小平麵上，六角頭側麵上周向最大拉應力為127MPa。

失效（xiào）彈性體化學成分、力學性能和晶粒度的測（cè）試結果正常，彈性（xìng）體采用真（zhēn）空熱處理，加之該彈性（xìng）體材料碳含量為0.195%，可（kě）排除淬火裂紋可能性。由圖1可知，失效彈性體存在多個裂紋源，裂紋沿晶界擴展，並呈（chéng）“樹根”狀分布，裂（liè）紋具有應力腐蝕（shí）特征。拉應力和腐蝕介質是金屬（shǔ）發生應力腐蝕開裂的兩個必備外部條件。有限元分析表明，當彈性體受30噸加載時，彈性體六角頭側麵存在最大127MPa拉應力，雖然拉應（yīng）力值遠低於材料屈服（fú）強度，但對（duì）於應力腐蝕開裂（liè），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（xìng）體表麵殘留物分析結果表明，該彈性（xìng）體使用環境中存在（zài）大量FeS2，硫含量達到4.0%。在硫化物（wù）環境中，不鏽鋼抗（kàng）應力（lì）腐蝕開（kāi）裂能力將被大大削弱，硫化物致使（shǐ）不鏽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雖屬不鏽鋼，但（dàn）其碳高、鉻低（dī），中（zhōng）溫回（huí）火可導致晶界貧鉻和回火脆性，促進應力腐蝕（shí）開裂。

此外（wài），因彈性元件性能需要，彈性體屈服強度高於1000MPa，在硫化物環境中（zhōng），當不鏽鋼強度（dù）超過690MPa，材料將有明顯應力腐蝕傾向（xiàng），應力腐蝕（shí）傾向隨材料（liào）強度增加而顯著。

汽車衡廠家談改進（jìn）措施：傳（chuán）感器彈性體（tǐ）選用2Cr13馬氏體不鏽鋼，2Cr13淬火後經高溫回火具有良好的抗弱腐蝕介質能力和綜（zōng）合機（jī）械性能，其調質（zhì）態組織在汽輪機、醫療器械和塑料模具等行業得（dé）到廣泛應用。中溫回火條件（jiàn）下，2Cr13鋼還具有較高的屈（qū）強比和優良的滯彈性、常溫蠕變等（děng）性能，該鋼還可作（zuò）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（dào）至（zhì）關重要作用。為（wéi）保（bǎo）證傳感器計量性能，對傳感器彈性（xìng）體加工工藝采取兩點改進措施：①不鏽鋼淬火溫度控製在1000°C左右，采用保護氣氛或真空（kōng），延長回火（huǒ）時間，回火溫（wēn）度（dù）控製在200C-250C之間；②采用電（diàn）鍍--鍍銘的表麵處理方法。經調整彈性體熱處理工藝和表麵處理方式，2Cr13彈性體熱處理後屈服強（qiáng）度要求高於1000MPa。試驗表明，新工藝傳感器應（yīng）力腐蝕開裂敏感性指數從以前的70%降到了12%。

汽車衡廠家（jiā）談應力腐蝕試驗和現場應用驗證

1.應力腐蝕（shí）試驗（yàn）。采用慢（màn）應變應力腐蝕試驗方法（fǎ）（SSRT)驗證和對比工藝改進前後2Cr13彈性體抗應力腐蝕能（néng）力，應力（lì）腐蝕試驗條件：常（cháng）溫，應變速（sù）率4.17X10-5S-1，3.5%NaCl+0.5%HAc水溶液。有限元分析（xī）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拉應力，較未改進工藝前有所減小。

2.現場應用（yòng）驗證。該（gāi）傳感器生產工藝改進後，於2006年7月（yuè）份（fèn）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格，且檢定數據證明各項指標良好（hǎo），改進後的傳感器性能（néng）良好現（xiàn）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麵形成的拉應力是GD彈性體應（yīng）力腐蝕開（kāi）裂的誘導因素。

2.經調整彈性體熱處（chù）理工藝和表麵處理方式，SSRT試驗表明，新GD應力腐蝕開（kāi）裂敏（mǐn）感（gǎn）性指數從以（yǐ）前的70%降到了12%。

3.特殊環境下工業（yè）企（qǐ）業在選擇汽車衡時，應當對（duì）使用（yòng）環境加以明示，並保證汽（qì）車（chē）衡的使用環境達到使用要求。