分析失效原因：吊环疲劳断裂现象

通常吊环有三种失效形式即变形（杆部弯曲等）、磨损和断裂。

在这三种失效形式中，尽管各油田均有大量吊环因变形而失效，但这是一种由于操作不当所造成的不正常失效，不属我们研究的范围。至于吊环环部与大钩、吊卡接触面因磨损而失效，在吊环的材料变革之前，采用中碳钢正火或调质处理的吊环中是较为严重的，各油田过去均根据经验，规定一定的磨损量作为吊环因磨损而判废的标准。由于新的轻型吊环采用20SiMn2MoVA高强度钢制造，使吊环的耐磨性大大提高，因而吊环的磨损已不是主要问题。吊环的断裂在吊环的失效形式中所占比例不大，但是由于它是突然发生的，而且由于吊环的断裂，可能造成井毁人亡的恶性事故，给人民的生命财产造成严重威胁，因此，断裂是吊环的一种最危险的失效形式。

图5 吊环的断口

轻型吊环的断裂均发生于小环部的三个危险断面上，而且以小环部两侧对称的两个水平断面为最多。吊环断裂时断口齐平，无明显的宏观塑性变形特征，明显地分为光亮的疲劳区和粗糙的瞬断面，疲劳源在吊环表面。典型断口如图5所示。(www.xing528.com)

由于断裂时吊环断口表面无明显宏观塑性变形痕迹，因此这种断裂从宏观上说是一种脆性断裂。疲劳区的电镜断口特征如图6所示，虽然用于分析的断口表面已有锈蚀，但仍能看到较明显的疲劳条痕特征，而没有发现低周疲劳条痕和韧窝混合的特征。因此，尽管吊环在使用中加载频率较低，但应该说它只是一种低频率的疲劳，而并非高应力、大应变的低周疲劳。静断区的电镜断口分析，发现有大量等轴和拉长韧窝的存在（图7），说明这种钢材的韧性是较好的，从微观来说，是一种韧性断裂。

造成吊环小环疲劳断裂的原因，在设计方面是小环部结构尺寸不合理，致使小环部危险断面应力集中严重；在制造工艺方面，由于吊环锻造后表面不经机械加工，表面质量差、表面脱碳严重，而且还难免存在锻造过程中形成的裂纹、重皮、折叠等缺陷。由于表面粗糙，这些缺陷在产品检验中漏检的可能性也较大。如果这些缺陷处于小环部的危险断面上，则会成为疲劳源，使疲劳裂纹易形成和扩张，造成吊环的早期疲劳断裂。