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哥斯拉大战金刚 质量分析

风机塔筒高强度螺栓失效分析

1. 概述

委(wei)托方提供断裂(lie)(lie)螺栓2件,完(wan)好螺纹连接(jie)副4组,螺栓规格为M36×175,性能等级(ji)为10.9级(ji),材质为B7,表面(mian)达克罗(luo)处(chu)理。失效螺栓用于固(gu)定上下两(liang)个塔筒,服役2年后发生断裂(lie)(lie),委(wei)托方要求分析断裂(lie)(lie)原(yuan)因。图1所(suo)(suo)示为送检(jian)样品(pin)宏观形貌,可(ke)见两(liang)枚断裂(lie)(lie)螺栓的(de)断裂(lie)(lie)位置均位于头杆(gan)连接(jie)处(chu),如图中箭头所(suo)(suo)示。图2所(suo)(suo)示为其(qi)中送检(jian)螺栓的(de)侧(ce)面(mian)宏观形貌,可(ke)见螺栓光杆(gan)处(chu)均存在局部磨损(sun)、腐蚀(shi)的(de)现象,如图中箭头所(suo)(suo)示。

图1 送检试样外观

图(tu)1 送检试样外观

送检螺栓侧面宏观形貌

图2 送检螺栓侧面(mian)宏观形貌

2. 断口分析

图(tu)3所(suo)示为2件(jian)失(shi)效螺栓断口宏观形貌,选(xuan)取(qu)其中1件(jian)断口进行分析,如图(tu)中箭头所(suo)示。

图3 失效螺栓断口宏观形貌

图3 失(shi)效螺栓断口宏观形貌

图(tu)4所(suo)示为所(suo)选断(duan)(duan)(duan)裂件(jian)的(de)断(duan)(duan)(duan)口(kou)宏观形貌,断(duan)(duan)(duan)口(kou)未见(jian)明显塑(su)性(xing)变形,断(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)上半(ban)部分腐蚀严重(图(tu)中(zhong)(zhong)A、B区),但(dan)仍(reng)可见(jian)隐约(yue)的(de)海滩花样;断(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)下半(ban)部分(图(tu)中(zhong)(zhong)C区)为新鲜(xian)断(duan)(duan)(duan)口(kou),呈金属本色,新鲜(xian)断(duan)(duan)(duan)口(kou)面(mian)(mian)积约(yue)占整个(ge)断(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)面(mian)(mian)积的(de)四(si)分之一(yi)。

图4 断口宏观形貌

图(tu)4 断口(kou)宏(hong)观(guan)形(xing)貌

图5、图6所示为A区微观形貌,可见(jian)明(ming)显的(de)磨(mo)损痕(hen)迹。

图5 断面A区微观形貌

图6 断面A区微观形貌

图6 断面A区微观形貌

图7、图8、图9所(suo)示为(wei)B区(qu)微观形貌,可见明(ming)显的疲劳辉纹(wen),为(wei)裂纹(wen)扩(kuo)展(zhan)区(qu)。

图7 断面B区微观形貌

图7 断面(mian)B区微观(guan)形貌

图8 断面B区微观形貌

图8 断面(mian)B区微观形貌

图9 断面B区微观形貌

图9 断面B区微观形貌(mao)

图(tu)10、图(tu)11所示为(wei)C区微观形(xing)貌,可见明显的等轴韧窝和剪(jian)切(qie)韧窝,为(wei)终断区。

图10 断面C区微观形貌

图(tu)10 断面C区(qu)微观(guan)形(xing)貌

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12所(suo)示为送检断裂螺栓芯部金相组(zu)织,为均匀的回火索氏体组(zu)织。

图12 断裂螺栓芯部金相组织

图(tu)12 断裂螺栓芯(xin)部金相(xiang)组织

图13所示为失效螺栓断(duan)口(kou)起始源区(头下圆角处)表面金相组织,可见存(cun)在深度(du)(du)约(yue)22μm的全脱(tuo)碳层以及深度(du)(du)约(yue)为200μm的裂纹(wen)。

图13 断裂螺栓头下圆角表面金相组织

图13 断裂螺栓头下圆角(jiao)表(biao)面金相组织

图(tu)14、图(tu)15所示为送检完好(hao)螺(luo)栓头下(xia)圆角处表(biao)面组织,可见存(cun)在深(shen)度约0.15mm的半脱碳(tan)层,未发现(xian)全脱碳(tan)及不连续性缺陷。

图14 完好螺栓头下圆角表面组织

图14 完(wan)好螺栓头下圆角表面组织

图15 完好螺栓头下圆角表面组织

图15 完好(hao)螺栓头下(xia)圆(yuan)角表面组织

图16所示为失效螺栓(shuan)的(de)非金属夹(jia)杂(za)物(wu)情况(kuang),根据“GB-T 10561-2005 钢中非金属夹(jia)杂(za)物(wu)含量的(de)测定(ding)标准”可(ke)评定(ding)为D类球状氧(yang)化物(wu)夹(jia)杂(za)(细系)1.5级,A类硫(liu)化物(wu)夹(jia)杂(za)(细系)1级。

图16 失效螺栓非金属夹杂物

图(tu)16 失(shi)效螺栓非金属夹杂物(wu)

图17、图18所示分别为失(shi)效(xiao)螺(luo)栓与(yu)完好螺(luo)栓头(tou)部(bu)低倍组织,可见头(tou)部(bu)连续流畅且延头(tou)部(bu)外形分布,未发现明显(xian)异常。

图17 失效螺栓头部流线

图(tu)17 失效螺栓(shuan)头(tou)部流(liu)线

4. 力(li)学性能(neng)检测

对断裂螺栓进行表(biao)、芯(xin)硬度试验(yan),结果(guo)如(ru)表(biao)1所(suo)示,结果(guo)满足“GB/T 3098.1-2010”对于10.9级螺栓的要求。

表1 失效(xiao)螺(luo)栓表芯硬度检(jian)测

表1-失效螺栓表芯硬度检测

对(dui)送检完好螺栓(shuan)进行(xing)力(li)学性能试验,试验结果如表(biao)2所示,符(fu)合“GB/T 3098.1-2010” 对(dui)于10.9级螺栓(shuan)的(de)要求(qiu)。

表2 完好螺(luo)栓力学(xue)性能检测

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(song)检的(de)5根螺(luo)(luo)栓(shuan)的(de)光杆部位均存在(zai)(zai)局部磨(mo)损、腐蚀(shi)现象,判断(duan)应(ying)为螺(luo)(luo)栓(shuan)安装时(shi),因对(dui)中不(bu)良(liang)而导致(zhi)螺(luo)(luo)栓(shuan)杆部与塔筒法(fa)兰碰擦(ca)所致(zhi)。安装对(dui)中不(bu)良(liang)导致(zhi)螺(luo)(luo)栓(shuan)头杆连接处承受附加(jia)(jia)弯(wan)曲应(ying)力;加(jia)(jia)上螺(luo)(luo)栓(shuan)圆角处存在(zai)(zai)全脱碳缺陷,疲劳强度不(bu)足,以上因素共同影响(xiang),导致(zhi)螺(luo)(luo)栓(shuan)在(zai)(zai)服役过程中的(de)交变(bian)(bian)载(zai)荷作(zuo)(zuo)用(yong)下,首先在(zai)(zai)头下圆角处萌生疲劳裂(lie)纹,裂(lie)纹在(zai)(zai)交变(bian)(bian)载(zai)荷作(zuo)(zuo)用(yong)下不(bu)断(duan)扩展(zhan),直至螺(luo)(luo)栓(shuan)断(duan)裂(lie)。

7. 结论(lun)

(1)螺栓(shuan)的(de)断裂性质是(shi)疲劳断裂;

(2)螺栓力学性能(neng)指标(biao)及化学成分符合标(biao)准要求;

(3)螺栓(shuan)疲劳断裂的根本原因是头(tou)下圆角处存在全(quan)脱碳,以及安(an)装时对中不良(liang)。

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