特朗普受双重暴击

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坦克世界 质(zhi)量(liang)分析

风机塔筒高强度螺栓失效分析

1. 概述

委托(tuo)(tuo)方提供断(duan)裂(lie)螺(luo)(luo)栓2件,完好(hao)螺(luo)(luo)纹(wen)连接(jie)副4组,螺(luo)(luo)栓规(gui)格为(wei)(wei)(wei)M36×175,性能等级(ji)(ji)为(wei)(wei)(wei)10.9级(ji)(ji),材(cai)质(zhi)为(wei)(wei)(wei)B7,表面(mian)达克罗处(chu)理。失效螺(luo)(luo)栓用(yong)于固定上下(xia)两(liang)个(ge)塔筒,服役2年后发生断(duan)裂(lie),委托(tuo)(tuo)方要求分析断(duan)裂(lie)原因。图1所(suo)示为(wei)(wei)(wei)送(song)检(jian)(jian)样品宏观(guan)形貌(mao)(mao),可(ke)(ke)见两(liang)枚断(duan)裂(lie)螺(luo)(luo)栓的断(duan)裂(lie)位置均位于头(tou)(tou)杆连接(jie)处(chu),如图中(zhong)(zhong)箭头(tou)(tou)所(suo)示。图2所(suo)示为(wei)(wei)(wei)其中(zhong)(zhong)送(song)检(jian)(jian)螺(luo)(luo)栓的侧面(mian)宏观(guan)形貌(mao)(mao),可(ke)(ke)见螺(luo)(luo)栓光杆处(chu)均存在局部磨损、腐(fu)蚀的现象,如图中(zhong)(zhong)箭头(tou)(tou)所(suo)示。

图1 送检试样外观

图1 送(song)检试(shi)样(yang)外观

送检螺栓侧面宏观形貌

图2 送(song)检螺栓(shuan)侧(ce)面宏(hong)观形貌

2. 断口分析

图3所示为2件失(shi)效(xiao)螺栓断(duan)口(kou)宏观形貌,选(xuan)取其(qi)中(zhong)1件断(duan)口(kou)进行分析,如图中(zhong)箭头所示。

图3 失效螺栓断口宏观形貌

图3 失效螺(luo)栓断口宏观形貌

图4所示为(wei)所选断(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)件的(de)断(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou)宏观(guan)形貌(mao),断(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou)未(wei)见明显塑(su)性(xing)变(bian)形,断(duan)(duan)(duan)(duan)面(mian)上半部分腐蚀严重(图中A、B区),但仍可(ke)见隐(yin)约(yue)的(de)海滩(tan)花样;断(duan)(duan)(duan)(duan)面(mian)下半部分(图中C区)为(wei)新鲜(xian)断(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou),呈金属本(ben)色(se),新鲜(xian)断(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou)面(mian)积约(yue)占整(zheng)个(ge)断(duan)(duan)(duan)(duan)面(mian)面(mian)积的(de)四分之一。

图4 断口宏观形貌

图(tu)4 断口宏(hong)观(guan)形貌

图5、图6所(suo)示为A区微观(guan)形貌(mao),可(ke)见(jian)明显的磨损痕迹。

图5 断(duan)面A区微观(guan)形貌

图6 断面A区微观形貌

图6 断面A区(qu)微(wei)观形貌

图7、图8、图9所示为B区微观形貌,可见明(ming)显(xian)的(de)疲劳辉纹(wen),为裂纹(wen)扩(kuo)展区。

图7 断面B区微观形貌

图7 断面(mian)B区微观形(xing)貌

图8 断面B区微观形貌

图8 断面B区微(wei)观形貌

图9 断面B区微观形貌

图9 断面B区微观形貌

图10、图11所示为C区微观形貌,可见明显的等(deng)轴韧(ren)窝和剪切韧(ren)窝,为终断区。

图10 断面C区微观形貌

图10 断面C区微观形貌(mao)

图11 断面C区微观形貌

图11 断面C区微(wei)观形貌

3. 金相检测

图(tu)12所(suo)示为送(song)检断裂螺栓(shuan)芯部金相组织(zhi),为均(jun)匀的(de)回火索氏体组织(zhi)。

图12 断裂螺栓芯部金相组织

图12 断裂螺栓芯部金相组织

图13所示为失效螺栓断口起始源区(头下圆角(jiao)处)表(biao)面(mian)金相组织(zhi),可(ke)见存在(zai)深度(du)约22μm的全(quan)脱碳层以及深度(du)约为200μm的裂纹。

图13 断裂螺栓头下圆角表面金相组织

图13 断裂螺栓头(tou)下圆角表面金相组(zu)织(zhi)

图14、图15所示为送(song)检完好螺栓头下(xia)圆角(jiao)处表面(mian)组(zu)织,可(ke)见(jian)存在深度约0.15mm的半脱碳(tan)层,未发现全脱碳(tan)及不连(lian)续性(xing)缺陷。

图14 完好螺栓头下圆角表面组织

图14 完好(hao)螺栓头下圆角表(biao)面组织

图15 完好螺栓头下圆角表面组织

图15 完好(hao)螺(luo)栓头下圆角表面组织

图16所示为(wei)失效(xiao)螺栓(shuan)的(de)非金属夹(jia)杂物(wu)情(qing)况,根据“GB-T 10561-2005 钢中(zhong)非金属夹(jia)杂物(wu)含量的(de)测定(ding)(ding)标准”可评定(ding)(ding)为(wei)D类球状氧化物(wu)夹(jia)杂(细系)1.5级,A类硫化物(wu)夹(jia)杂(细系)1级。

图16 失效螺栓非金属夹杂物

图(tu)16 失效螺栓非(fei)金属夹杂物

图(tu)17、图(tu)18所示分别为失效螺栓(shuan)与完(wan)好螺栓(shuan)头(tou)部(bu)(bu)低倍组织(zhi),可见头(tou)部(bu)(bu)连续流畅且延头(tou)部(bu)(bu)外(wai)形分布,未(wei)发现明(ming)显异常。

图17 失效螺栓头部流线

图(tu)17 失效螺栓头部流线

4. 力学性能检测

对断(duan)裂螺(luo)栓进行表(biao)、芯硬度试验,结果(guo)如(ru)表(biao)1所(suo)示(shi),结果(guo)满(man)足“GB/T 3098.1-2010”对于10.9级(ji)螺(luo)栓的要求(qiu)。

表(biao)1 失效螺栓(shuan)表(biao)芯硬度检测

表1-失效螺栓表芯硬度检测

对送检(jian)完好螺栓(shuan)进(jin)行力(li)学性能试(shi)验,试(shi)验结果如(ru)表2所(suo)示,符合“GB/T 3098.1-2010” 对于(yu)10.9级(ji)螺栓(shuan)的要求。

表2 完好(hao)螺栓力学性能(neng)检(jian)测

表2 完好螺栓力学性能检测

5. 螺栓材质分析 采用直读光谱法对断裂螺栓进行化学成分分析,结果如表3所示,符合“ASTM A193_A193M-2012b”标准中对B7材料的要求,。

表3 断裂(lie)螺栓化学成(cheng)分(fen)

表3 断裂螺栓化学成分

6.综合分析
送检断裂螺栓芯部金相组织、非金属夹杂物、头部流线、化学成分、力学性能等均未发现明显异常。断口宏观形貌可见大面积的海滩花样,微观可见大量疲劳辉纹,呈典型疲劳断裂特征。疲劳源区位于头下圆角位置,为应力集中区;金相检验发现断裂螺栓头下圆角处的表面存在全脱碳现象且发现了多条显微裂纹,判定为已萌生但尚未充分扩展的疲劳裂纹。

此外,送检的5根螺(luo)(luo)栓(shuan)的光杆(gan)部(bu)位均存(cun)在局部(bu)磨损、腐蚀现象,判断(duan)应(ying)为螺(luo)(luo)栓(shuan)安(an)(an)装(zhuang)时,因对中不(bu)良(liang)(liang)而导致螺(luo)(luo)栓(shuan)杆(gan)部(bu)与塔筒法兰碰擦所致。安(an)(an)装(zhuang)对中不(bu)良(liang)(liang)导致螺(luo)(luo)栓(shuan)头(tou)杆(gan)连接处(chu)承受(shou)附加弯曲应(ying)力;加上螺(luo)(luo)栓(shuan)圆(yuan)角处(chu)存(cun)在全脱碳缺陷,疲劳强(qiang)度不(bu)足,以(yi)上因素(su)共(gong)同影(ying)响(xiang),导致螺(luo)(luo)栓(shuan)在服役过程中的交变载荷作用(yong)下(xia),首先在头(tou)下(xia)圆(yuan)角处(chu)萌生疲劳裂纹(wen),裂纹(wen)在交变载荷作用(yong)下(xia)不(bu)断(duan)扩展,直至螺(luo)(luo)栓(shuan)断(duan)裂。

7. 结论

(1)螺栓的断裂(lie)性质是疲(pi)劳断裂(lie);

(2)螺栓力学性能(neng)指标及化学成(cheng)分符合标准要求;

(3)螺栓疲劳断裂的根本原因是(shi)头下圆角处存(cun)在全脱碳,以及安装时对中不(bu)良(liang)。

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