Page 55 - 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 6 螺栓断口微观形貌

图 7 螺栓断口纵向截面显微组织 图 8 断裂与未断裂螺栓螺纹的显微组织
表 1 断裂螺栓化学成分 %
质量分数
项目
C S P Cr Al Ti Fe Mn Si Cu
实测值 0.05 <0.007 0.003 14.4 1.76 2.72 0.6 <0.1 0.1 <0.07
技术要求 0.03~0.07 ≤0.007 ≤0.015 13.0~16.0 1.45~1.80 2.35~2.75 ≤2.0 ≤0.4 ≤0.6 ≤0.07
质量分数
项目
Mo Nb M g Zr Pb Sn As Sb Bi

实测值 3.2 2.0 <0.008 0.03 <0.001 <0.0012 <0.0025 <0.0025 <0.0001

技术要求 2.8~3.2 1.8~2.2 ≤0.008 ≤0.05 ≤0.001 ≤0.0012 ≤0.0025 ≤0.0025 ≤0.0001

增强, 而粗大的晶粒会使晶界长度变短, 晶界强化作
3 预防及改进措施
用变 弱,在 应 力 作 用 下 会 产 生 沿 晶 断 裂 [ 5 ] 。
GH4698 高温合金螺栓的化学成分虽然满足技术要 细化装配工艺可在一定程度上避免螺栓因装配
求, 但与正常螺栓相比, 其晶粒较为粗大。常温下, 不当而产生偏斜。由于现行工艺中没有对螺栓晶粒
晶界能够阻止裂纹扩展, 粗大的晶粒会降低材料的 度的要求, 因此螺栓各批次的晶粒度差异较大。将原

抗疲劳能力 [ 6 ] , 因此晶粒粗大也会使螺栓发生断裂。 热处理工艺( 1120℃×8h , 空冷+1000℃×4h , 空

该发动机在试车过程中, 螺栓受轴向应力、 弯曲 冷+775℃×16h , 空冷) 调整为( 1110℃×2h , 空冷

应力以及发动机振动的共同作用, 在螺纹夹层处的 +1000℃×4h , 空冷+775℃×16h , 空冷), 不同温

缺口敏感性会增大, 并产生裂纹源, 材料晶粒粗大也 度下螺栓的力学性能和晶粒度检测结果如表2所示,

会使得裂纹在扩展区快速沿晶扩展, 最后在中心位 从表2可以看出, 由于晶粒细化, 室温( 23 ℃ ) 下螺栓

置产生瞬断 [ 7-9 ] 。 的 力学性能有所提高, 高温( 750℃ ) 下其力学性能有
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