地磅是汽车运输物资的常用计 量设备，金堆城钼业股份有限公司在2003 年10月份安装了 1台100吨地磅， 主要用于公司自产硫精矿、铁精矿、铜精 矿以及外购原煤等物料入库和出库的计 量。该地磅在使用一年后发现其计量误 差较大，经检查发现有部分传感器已倾斜， 垂直度不够，取出1只传感器后发现传感 器弹性体六角头已开裂，将其余7只传感 器取出发现均有此现象。另外，部分传感 器弹性元件一侧有明显磨损，更换传感器 后运行正常。2005年底此现象再次发生， 该地磅传感器平均使用寿命低于一年。 为了彻底解决此问题，对开裂的传感器弹 性体进行综合分析，并校正传感器，使之 保持垂直。通过改进传感器热处理工艺， 提高了弹性体抗应力腐蚀系数。

传感器弹性体开裂原因

1.试验方法。采用光学显微镜和扫描 电镜分析失效弹性体裂纹和断口特征，扫 描电镜型号JXA-840AEPMA;用X衍 射技术分析失效弹性体表面残留物成分， X衍射仪型号D/max — rC，扫描角度 10°?80°，扫描速度3°/min;用ANSYS 有限元软件分析弹性体受载时弹性体六角 头应力分布。

2.失效分析。失效开裂2Cr13弹性体 化学成分（质量分数）如下：C为0.195%，Mn 为 0. 23%，P 为 0. 027%，S 为 0. 01%， Si 为 0.50%，Cr 为 12.52%，Ni 为 0.12%， Cu为0.12%，V为0.02%，其余为Fe。弹 性体采用真空热处理，弹性体屈服强度要 求大于1000MPa。沿失效弹性体纵向制备 小型拉伸试棒测试力学性能，结果为抗拉 强度1470MPa,屈服强度1100MPa，延伸 率11.5%，断面收缩率50%，硬度46HRC。 弹性体工作时，六角头部位垂直朝下，弹 性体六角头与连接件接触，该弹性体工作 时承受的垂直压力一般在10?30吨之间。 表面残留物提取及清洗后，失效2Cr13弹 性体如图1(a)所示。六角头上出现多条裂 纹，裂纹均起源于六角头侧面，然后向六 角头心部延伸。在距离弹性体端部6mm深处横向切开六角头，试样经研磨抛光和超 声波清洗。图1(b)显示，该部位弹性体已 被裂纹贯穿，距离弹性体端面一定距离处 要先于弹性体端面形成贯穿裂纹，这和弹 性体受压时六角头端面受压应力而侧面一 定范围内受拉应力有关。

选取图1(b)中C、D部位制备试样， 试样经酸蚀后微观组织分别对应于图（c) 和图（d)，基体为回火马氏体组织，晶粒 度7级。由图1(c)、1(d)可见，裂纹起源 于弹性体表面，然后沿晶界向内部发展， 并呈“树根”状分布。用X衍射技术分析失 效弹性体表面残留物成分，残留物X衍射结果见图2。X衍射结果显示弹性体使用

环境中含有大量硫化物，扫描电镜能谱进 一步分析表明，残留物中硫元素含量达到 4.0%(重量百分比）

采 用 ANSYS 有 限 元 软 件， 选 用 Solid45单元建模并分析弹性体轴向受载 30吨时的应力分布，弹性体六角头分析结 果见图3。六角头端面是半径为160mm球 面，弹性体轴向受压时，六角头端面受压 应力，边缘受拉应力，应力是从六角头中心部位受压逐步向边缘受拉过渡。计算表 明，六角头最大拉应力不在端面边缘，而 是在距离端面6?9mm处六角头侧面的 小平面上（图1(a)箭头所示），六角头侧 面上周向最大拉应力为127MPa(图3中 MX表示）。有限元分析结果和图1 (a)、1(b)裂纹特征一致。

失效弹性体化学成分、力学性能和晶 粒度的测试结果正常，弹性体采用真空热 处理，加之该弹性体材料碳含量为0.195% ，可排除淬火裂纹可能性。由图1可知，失 效弹性体存在多个裂纹源，裂纹沿晶界扩 展，并呈“树根”状分布，裂纹具有应力腐 蚀特征。拉应力和腐蚀介质是金属发生应 力腐蚀开裂的两个必备外部条件。有限元 分析表明，当弹性体受30吨加载时，弹性 体六角头侧面存在最大127MPa拉应力，虽 然拉应力值远低于材料屈服强度，但对于 应力腐蚀开裂，当拉应力超过该材料应力 腐蚀开裂门槛值时裂纹即萌生和扩展。失 效弹性体表面残留物分析结果表明，该弹 性体使用环境中存在大量FeS2，硫含量达 到4.0%。在硫化物环境中，不锈钢抗应力 腐蚀开裂能力将被大大削弱，硫化物致使不锈钢开裂已有大量的文献报道，这些研 究认为，硫化物开裂实际上是氢脆所致。 2Cr13虽属不锈钢，但其碳高、铬低，中温 回火可导致晶界贫铬和回火脆性，促进应 力腐蚀开裂。

此外，因弹性元件性能需要，弹性体 屈服强度高于1000MPa，在硫化物环境中， 当不锈钢强度超过690MPa，材料将有明显 应力腐蚀倾向，应力腐蚀倾向随材料强度 增加而显著。

改进措施

传感器弹性体选用2Cr13马氏体不锈 钢，2Cr13淬火 后经高温回火具有 良好的抗弱腐蚀介质 能力和综合机械性能，其 调质态组织在汽轮机、医疗器 械和塑料模具等行业得到广泛应 用。中温回火条件下，2Cr13钢还具有较高的屈强比和优良的滞弹性、常温 蠕变等性能，该钢还可作为称重传感器弹 性体使用。作为传感器的关键元件，弹性 体强度对传感器性能起到至关重要作用。 为保证传感器计量性能，对传感器弹性体 加工工艺采取两点改进措施：①不锈钢淬 火温度控制在1000°C左右，采用保护气氛 或真空，延长回火时间，回火温度控制在 200C?250C之间；②采用电镀——镀铭 的表面处理方法。经调整弹性体热处理工艺和表面处理方式，2Cr13弹性体热处理 后屈服强度要求高于1000MPa。试验表明， 新工艺传感器应力腐蚀开裂敏感性指数从 以前的70%降到了 12%。

应力腐蚀试验和现场应用验证

1.应力腐蚀试验。采用慢应变应力 腐蚀试验方法（SSRT)验证和对比工艺改 进前后2Cr13弹性体抗应力腐蚀能力，应 力腐蚀试验条件：常温，应变速率4.17 X10-5S-1，3. 5%NaCl + 0.5 % HAc 水 溶液。有限元分析表明，当弹性体受30 吨加载时，弹性体六角头侧面存在最大 103MPa拉应力，较未改进工艺前有所减 小。

2.现场应用验证。该传感器生产工艺 改进后，于2006年7月份安装应用，至今 未出现类似现象，其计量性能良好，该地磅经多次检定均合格，且检定数据证明 各项指标良好，改进后的传感器性能良好 现仍在应用。

结论

1.应力腐蚀开裂是GD传感器开裂的 根本原因。硫化物环境和弹性体受载时六 角头侧面形成的拉应力是GD弹性体应力 腐蚀开裂的诱导因素。

2.经调整弹性体热处理工艺和表面 处理方式，SSRT试验表明，新GD应力 腐蚀开裂敏感性指数从以前的70%降到了 12%。

3.特殊环境下工业企业在选择地磅时，应当对使用环境加以明示，并保证地磅的使用环境达到使用要求。