Page 85 - 理化检验-物理分册2019年第六期

陈 浩, 等: 风力发电机组主轴连接螺栓断裂原因分析

处, 断面内初始断裂区、 裂纹扩展区及瞬断区等特征 见 表 ２ . 可 以 看 出,螺 栓 的 维 氏 硬 度 和 低 温
区域清晰可辨, 除瞬断区外, 断口洁净、 平坦, 无塑性 ( －２０ ℃ ) 冲 击 吸 收 能 量 均 符 合 GB / T ３０９８．１－
变形, 色泽为亮灰色, 未见明显腐蚀产物, 自初始断 ２０１０ 对 １０．９ 级螺栓的要求.
裂区有明显的、 向扩展区延伸的“ 人” 字形条纹. 表 ２ 主轴连接螺栓的各项力学性能测试结果
１．２ 化学成分分析 Tab敭１ Mechanical p ro p ert y testresultsofthehi g hＧstren g th
boltusedformainshaft
对断裂的主轴连接螺栓取样进行化学成 分分
项目 维氏硬度 / HV３０ 冲击吸收能量( －２０ ℃ )/ J
析, 结果见表 １ .可以看出, 螺栓化学成分中各元素
实测值 ３７９ ４２
含量均符合 GB / T３０７７－２０１５ « 合金结构钢» 对 标准值 ３２０~３８０ ≥２７
[ ３ ]
４２CrMo钢成分的要求.
表 １ 断裂主轴连接螺栓化学成分分析结果( 质量分数) １．５ 断口分析
Tab敭１ Chemicalcom p ositionanal y sisresultsofthe 利用扫描电子显微镜( SEM ) 对主轴连接螺栓
fractureds p indleconnectin gbolt massfraction ％ 断口进行分析, 断口各区域的微观特征形貌如图 ３
项目 C Si Mn Cr Ni Mo P S 所示.可以看出, 在螺纹牙底断口的初始断裂区存
实测值 ０．４２ ０．２４ ０．５９ １．０３ ０．０５ ０．１７ ０．００９ ０．００６ 在明显的冰糖状沿晶断裂形貌, 晶面上有多处孔洞,
并伴有晶间二次裂纹, 如图 ３a ) 所示; 扩展区可以观
０．３８~０．１７~０．５０~０．９０~ ≤ ０．１５~ ≤ ≤
标准值
０．４５ ０．３７ ０．８０ １．２０ ０．３０ ０．２５ ０．３０ ０．３０ 察到明显的河流花样及少量韧窝, 具有典型的准解
理断裂特征 [ ６Ｇ７ ] , 如图 ３b ) 所示.
１．３ 金相检验
对断裂的主轴连接螺栓取样进行金相检验, 结
果如图 ２ 所示.可以看出, 螺纹及基体显微组织均
为等轴状均匀分布的细小回火索氏体, 螺纹牙顶及
牙底部位未见明显的脱碳层, 此外螺纹牙顶存在折
叠缺陷 [ ４ ] , 长度约为 ３３０ μ m .
１．４ 力学性能试验
对主轴连接螺栓取样进行力学性能试验, 结果

图 ３ 主轴连接螺栓断口微观形貌
Fi g 敭３ Micromor p holo gy offracturesurfaceofthe
s p indleconnectin gbolt
a initialfracturearea b p ro p a g ationarea
１．６ 氢含量测定
对断裂的主轴连接螺栓进行氢含量测定.结果
表明, 螺栓的氢含量较高, 且边缘处的氢含量高于心
部的, 其中心部氢含量为 ０．０００６２％ ( 质量分数, 下
图 ２ 主轴连接螺栓螺纹牙顶裂纹及基体显微组织形貌 同), 边缘处氢含量为 ０．０００９１％ .
Fi g 敭２ Mor p holo gy ofa cracksatcrestofthescrewthreadand １．７ 有限元分析
b matrixmicrostructureofthes p indleconnectin gbolt 利用有限元法对主轴连接螺栓的受力状态进行

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