Page 78 - 理化检验-物理分册2021年第八期

杨海涛: 不锈钢 U 形螺栓的断裂原因

表 1 断裂螺栓和未断裂螺栓的化学成分( 质量分数)

Tab 1 Chemicalcom p ositionsofthefracturedandunfracturedbolts massfraction %
元素 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu
断裂螺栓实测值 0.19 0.43 1.27 0.034 0.180 18.01 8.14 0.21 0.33
未断裂螺栓实测值 0.08 0.47 1.25 0.033 0.027 18.01 8.04 0.07 0.19
标准值 ≤0.08 ≤1.00 ≤2.50 ≤0.045 ≤0.030 18.00~20.00 8.00~11.00 - -

表 2 断裂螺栓的硬度测试结果 面向心部发展, 裂纹分叉局部呈根须状, 主裂纹沿着

Tab 2 Hardnesstestresultsofthefracturedbolt HV0.3 晶界扩展( 见图 3 ), 其附近也有较多沿晶扩展的二
项目 测试位置 测试值 平均值 次裂纹, 同时可见材料中存在大量的非金属夹杂物,
实测值 心部 255 , 232 , 236 241 这说明该材料的冶金质量不高。由图4可见裂纹处
标准值 ≤200 的显微组织为奥氏体, 裂纹处晶粒存在脱落, 晶界呈
黑粗的沟壑状, 这说明沿着晶界有大量的碳化物析

241HV0.3 。 GB / T1220-2007 《 不锈钢棒》 中规定 出, 存在明显敏化现象, 这可能与材料的碳含量过高

固溶处 理 后 304 不 锈 钢 原 料 棒 的 硬 度 应 不 大 于
有关。图5为未断裂螺栓的显微组织形貌, 可见其显
200HV0.3 , 但奥氏体不锈钢存在冷加工 硬化现

[ 2 ]
微组织为奥氏体, 晶界上未发现明显的析出碳化物。
象, 因此断裂 U 形螺栓硬度偏高可能与此有关。
1.3 拉伸试验
在断裂 U 形螺栓和未断裂螺栓相同位置取拉
伸试样后进行拉伸试验, 结果见表 3 。可见断裂螺
栓的抗拉 强 度 和 屈 服 强 度 分 别 高 达 965 MPa 和

786MPa , 远高于标准参考值 [ 2 ] ; 其断后伸长率仅为

26.5% , 未达到标准, 这说明断裂螺栓的强度过高且
塑性和韧性较差。
图 3 裂纹局部放大形貌
表 3 断裂螺栓和未断裂螺栓的拉伸试验结果
Fi g 3 Localenlar g edmor p holo gy ofthecrack

Tab 3 Tensiletestresultsofthefracturedandunfracturedbolts
项目 抗拉强度 / MPa 屈服强度 / MPa 断后伸长率 / %
断裂螺栓实测值 965 786 26.5
未断裂螺栓实测值 880 752 42.5
标准值 ≥515 ≥205 ≥40

1.4 金相检验
分别在断裂螺栓断口附近和未断裂螺栓相同位
置取金相试样, 依次镶嵌、 磨抛、 浸蚀和观察, 结果如 图 4 断裂螺栓裂纹处的显微组织形貌

图 2~ 图 5 所示。由图 2 可见断裂螺栓的裂纹从表 Fi g 4 Microstructuremor p holo gy onthecrackofthefracturedbolt

图 2 断裂螺栓的裂纹整体形貌 图 5 未断裂螺栓的显微组织形貌

Fi g 2 Overallmor p holo gy ofthecrackofthefracturedbolt Fi g 5 Microstructuremor p holo gy oftheunfracturedbolt
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