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圖1 套管斷口形貌

對ZKG223釬桿連接套管進行宏觀檢查，由圖1可見，沿管身縱向存在直線狀裂紋且裂紋貫穿壁厚，套管內壁有螺紋套扣。在裂紋兩側10mm處進行線切割打開斷口，可見斷口較平整，疲勞源、疲勞擴展區(qū)及瞬斷區(qū)清晰可辨。疲勞源位于套管內壁第一個螺紋處，啟裂于一個凹坑，該凹坑不規(guī)則且損傷特征明顯，推測與磕碰有關；疲勞擴展區(qū)呈光滑扇面，存在明顯的弧形貝紋線；瞬斷區(qū)呈粗糙木紋狀，且面積遠大于疲勞區(qū)，說明套管在斷裂過程中承受了較大的應力。

對套管取樣使用直讀光譜儀進行化學成分分析。由表1可以看出，套管的化學成分符合設計要求。

表1 套管的化學成分分析結果(質量分數(shù))％

沿套管斷口的疲勞源區(qū)切開，研磨試樣截面，經體積分數(shù)為4％的硝酸酒精溶液浸蝕后，采用奧林巴斯BX41M型金相顯微鏡觀察，由圖2可見，截面(斷面)邊緣沒有脫碳現(xiàn)象，內部組織為回火馬氏體，疲勞源區(qū)靠內壁處約有1mm滲碳層，高倍下滲碳層內可見白色塊狀回火馬氏體組織，靠近內壁表面可見深色扭曲變形組織，分析認為是由形變過程導致的局部發(fā)熱造成的。

圖2 套管疲勞源區(qū)截面顯微組織形貌

套管斷口經酒精超聲清洗后，采用FEI QUANTA 400F型掃描電鏡(SEM)觀察形貌。由圖3a)可見，斷口疲勞源具有平坦、光滑、裂紋細密的特征，這是由于該區(qū)域疲勞循環(huán)時間較長，在交替的拉應力和壓應力作用下，裂紋反復張開和閉合，裂紋表面發(fā)生了輕微摩擦和擠壓。在疲勞擴展區(qū)，沿裂紋擴展方向可見輻射狀的塑性疲勞溝線和環(huán)狀疲勞灰紋，距離疲勞源越遠，疲勞滑移臺階越寬，疲勞條帶也越清晰，見圖3b)，這是由于裂紋擴展距疲勞源越遠其擴展速率越快。在疲勞擴展區(qū)與瞬斷區(qū)交界處，斷口更粗糙，存在明顯的疲勞弧線，如圖3c)所示。瞬斷區(qū)表面粗糙，呈現(xiàn)出規(guī)則的豎條狀，如圖3d)所示。 

圖3 套管斷口不同區(qū)域的SEM形貌 

圖4 套管斷口疲勞源截面SEM形貌

在低倍下觀察套管斷口疲勞源截面，可見靠近斷口一面較光滑，未見氧化、夾雜等冶金缺陷，靠近鋼管內壁可見磕碰坑，坑內未見氧化物和夾雜物，如圖4所示。