Page 74 - 理化检验-物理分册2019年第六期
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徐健康, 等: 某卡箍连接片断裂失效分析
分别为 ３００ , ５００ , ８００ MPa .试验结果如表 ３ 所示,
可见施加载荷较低( ０．３ 倍屈服强度) 时, SUS３０１ 不
锈钢能够在 ５００ ℃ 下保持较长时间而不断裂; 当施
加载荷增大至 ０．５ 倍屈服强度时, 试样保持一段时
间后发生断裂; 随着施加载荷的继续增大, 试样保持
时间急剧降低.
表 ３ 连接片原材料不锈钢板高温( ５００ ℃ ) 持久试验结果
Tab．３ Hi g htem p erature ( ５００ ℃ ) endurancetestresultsof
图 ９ 远离断口显微组织形貌 stainlesssteel p lateofconnectorrawmaterial
Fi g 敭９ Microstructuremor p holo gy farawa y fromfracture
施加载荷 / MPa 试验结果
３００ 试验载荷达到设定值后保持 １００h , 试样未发生断裂
５００ 试验载荷达到设定值后保持 ２３．６h , 试样发生断裂
８００ 试验载荷达到设定值后保持 ０．２h , 试样发生断裂
１．６ 连接片受力分析
选取 １ 号卡箍改善件进行模拟装配试验, 扭矩
施加于螺母一侧, 在设计安装扭矩( １５N m ) 下, 螺
栓承受的紧固轴力为 ３．４kN .装配完成后连接片
图 １０ 未使用连接片显微组织形貌
承受弯曲应力作用, 根据力的可传特性 [ １ ] , 连接片承
Fi g 敭１０ Microstructuremor p holo gy oftheunusedconnector
受的弯曲应力同样为 ３．４kN .有资料表明, 弯曲与
对失效连接片进行化学成分分析, 结果如表 １ 所示,
拉伸破坏都是由拉应力引起的, 因此材料的拉伸与
符合JISG４３０３ : ２００５ « 不锈钢棒» 对 SUS３０１ 不锈钢
弯曲强度是内在相关的.若材料为理想的弹性体,
成分的规定. 则应力呈线性分布, 拉伸强度即为弯曲强度 [ ２ ] .连
表 １ 断裂连接片化学成分分析结果( 质量分数)
接片截面积为 ４mm , 因此其装配后承受的载荷为
２
Tab敭１ Chemicalcom p ositionanal y sisresultsofthe
３．４ / ４×１ ０００＝８５０ MPa , 约 为 连 接 片 原 材 料
fracturedconnector massfraction ％
项目 C Si Mn P S Cr Ni SUS３０１ 不锈钢板屈服强度的 ０．８５ 倍.
实测值 ０．１４ ０．７４ １．７２ ０．０３９ ０．００１ １７．７２ ６．０６
２ 综合分析
≤ ≤ ≤ ≤ ≤ １６．００~ ６．００~
标准值 断裂失效连接片宏观形貌显示, 断裂发生于连接
０．１５ １．００ ２．００ ０．０４５ ０．０３０ １８．００ ８．００
片与卡箍边缘接触部位, 实际服役过程中, 该区域承
１．５ 高温持久试验 受因接触产生的额外拉应力作用, 成为薄弱区.裂纹
在连接片原材料 SUS３０１ 不锈钢板上取样进行 起始区存在明显的覆盖物, 未发现典型的断口学特
室温拉伸试验, 结果如表 ２ 所示, 可见该不锈钢板的 征.高温持久试验后试样断口的形貌不易观察, 这与
室温屈服强度约为 １０００MPa . 其断口表面受到氧化作用有关 [ ３Ｇ４ ] .断口宏观形貌可
表 ２ 连接片原材料不锈钢板室温拉伸试验结果
见明显的颈缩变形, 微观形貌可见大面积的韧窝形
Tab敭２ Tensiletestresultsofstainlesssteel p lateofconnector
貌, 呈现过载断裂特征.当裂纹扩展接近临界尺寸,
rawmaterialatroomtem p erature
即剩余强度不足以承受外载荷时, 裂纹就会发生失稳
项目 抗拉强度 Rm / MPa 屈服强度 R p ０．２ / MPa
扩展, 形成快速破断的瞬断区, 呈典型的拉断特征 [ ５ ] ,
实测值 １１７５ , １１４４ , １１６６ １０２０ , ９８９ , ９９６
说明最终断裂时试样承受的应力水平较高.
平均值 １１６１ １００２
断口起裂区附近显微组织可见大量沿晶界分布
在连接片原材料 SUS３０１ 不锈钢板上取样进行 的显微孔洞, 符合沿晶蠕变的典型特征.沿晶蠕变是
高温持久试验.试验温度与连接片最高工作温度一 常用高温金属材料( 如耐热钢、 高温合金等) 蠕变断裂
致, 设定为５００℃ , 试验施加载荷根据不锈钢板屈服 的主要形式, 主要是因为长期在高温、 应力作用下, 随
强度的 ０．３ 倍、 ０．５ 倍、 ０．８ 倍进行设定, 即试验载荷 着蠕变的不断进行, 晶界滑动和晶界扩散比较充分,
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