Page 54 - 理化检验-物理分册2022年第四期

李 欣, 等: GH4698 高温合金螺栓断裂原因

图 2 螺栓断裂前后宏观形貌

图 4 螺栓挡圈配合段圆周表面宏观形貌

图 3 螺栓断口宏观形貌
从螺栓侧面进行观察, 螺栓断口附近未见明显
的颈缩变形或微裂纹, 断裂两侧断口能够完全吻合,
裂纹一侧与无裂纹一侧的螺栓与挡圈配合段的圆周
表面形貌有明显差异, 裂纹侧圆周表面呈光亮金属
图 5 垫圈宏观形貌
色, 而无裂纹一侧圆周表面的金属色已基本磨损( 见
螺栓, 其晶粒度为 3~4 级。
图 4 )。对垫圈进行宏观观察, 可见左右两侧压痕深
1.4 化学成分分析
度和压痕形貌有明显差异( 见图 5 )。
对断裂螺栓进行取样, 采用 ICP-OES ( 电感耦
1.2 断口分析
合等离子体发射光谱仪) 进行化学成分分析, 结果均
在扫描电镜( SEM ) 下观察螺栓断口形貌。裂
符合技术要求( 见表 1 )。
纹源区附近未见明显的夹杂缺陷[ 见图 6a )], 裂纹
源区断口为类解理形貌, 局部可见疲劳条带[ 见图 2 分析与讨论
6b )], 扩展区可见明显的沿晶二次裂纹[ 见图 6c )],
正常情况下装配螺栓时, 螺母拧紧并锁定会对
瞬断区为类解理断裂形貌[ 见图 6d )]。
螺栓产生轴向拉应力, 而螺栓挡圈配合段圆周两侧
1.3 金相检验
有明显的压痕差异。垫圈两侧不同的压痕形貌均表
将螺栓断口沿纵向截面取样, 用光学显微镜观
明: 断裂螺栓在装配后产生了偏斜拉应力。当螺栓
察抛光态和腐蚀态的显微组织。在断面附近均未见
产生偏斜时, 随着偏斜角度的增大, 附加弯曲应力不

夹杂缺陷, 可见明显的沿晶二次裂纹, 晶粒度为 0~ 断增大, 螺栓的整体承载能力、 疲劳寿命等均会出现
1 级( 见图 7 )。 显著下降 [ 2 ] 。
在断裂螺栓上取样观察螺纹的微观形貌, 可见 通常情况下, 材料的晶粒越细小, 其强度、 塑性
未断裂部分螺纹完整性较好, 未见明显加工缺陷[ 见 和冲击韧性就越高 [ 3 ] , 而在高温条件下, 粗晶材料的
图 8a )]。 分 析 正 常 未 断 裂 螺 栓 的 显 微 组 织 [ 图 蠕变强度和持久强度较细晶材料的更高 [ 4 ] 。一般在
8b )], 可见未断裂螺栓的晶粒尺寸要明显小于断裂 750~800 ℃ 时, GH4698 高温合金的晶界强化作用

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