Page 70 - 理化检验-物理分册2022年第四期

吕庆钢, 等: 掺稀泵压盖螺栓断裂原因

表 2 洛氏硬度测试结果 HRC
试样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 最高硬度

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1 22.5 23.7 23.2 21.6 21.7 22.6 22.1 21.8 22.4 22.3 23.7

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2 25.1 24.6 24.2 22.4 23.3 22.6 22.8 24.0 24.3 23.1 25.1

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3 28.0 27.5 23.0 22.7 20.0 21.7 21.8 25.7 26.7 26.9 28.0

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4 32.8 30.3 24.2 22.4 21.3 20.4 21.4 21.1 21.4 21.7 32.8

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5 21.1 21.7 23.1 22.7 21.4 22.3 22.2 22.6 22.3 20.7 23.1

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6 21.3 21.9 21.7 21.1 22.4 22.1 21.3 22.3 23.4 23.6 23.6
1.5 夏比冲击试验

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在 1 螺 栓 上 纵 向 切 取 1 个 尺 寸 为 10 mm×
10mm×55 mm 的 试 样, 在 3 螺 栓 上 纵 向 切 取

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4 个尺寸均为 10 mm×5 mm×55 mm 的试样, 试

验温度为 -20 ℃ , 采用 ZBC2302-C 型摆锤式冲击

试验机进行冲击试验, 结果如表 4 所示。 3 螺栓的
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半尺寸试验结果均满足标准 API5CT-2018 《 套管

和油管》 要求, 但比标准值略高。对于 1 螺栓来说,
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图 4 失效螺栓试样中心部位的显微组织形貌 全尺寸试验结果小于标准要求( ≥27J ), 并结合螺栓
使用年限, 判断认为断裂螺栓的冲击性能略有下降。
表 4 失效螺栓试样的夏比冲击试验结果
试样编号 冲击功 / J
1-1 20
3-1 17
3-2 20
3-3 16
3-4 20
1.6 扫描电镜分析
为了进一步确定螺栓失效机理, 采用扫描电子
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显微镜( SEM ) 对断裂螺栓进行微观形貌分析。 1
螺栓裂纹扩展区的微观形貌如图 6 所示, 由图 6a )
可知, 裂纹扩展区存在明显的驻留滑移带 [ 1 ] , 由图
6b ) 可见明显的疲劳条纹, 表明螺栓发生了高周低
应力疲劳断裂。
同样地, 在 2 , 3 , 6 螺栓的裂纹扩展区均发
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现明显的贝壳状条纹线[ 见图 7a ) ~7c )]。由图 7d )
图 5 失效螺栓边缘位置显微组织形貌
可知, 在 6 螺栓瞬断区附近发现了河流状解理特
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表 3 失效螺栓试样脱碳层的厚度测量结果 mm
征, 符合脆性断裂特征 [ 2 ] 。
试样编号 脱碳层厚度
1.7 螺栓螺纹截面的微观形貌分析
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1 0.199
切取 1 和 6 螺栓试样的螺纹部分, 沿中心轴
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2 0.196
将螺纹进行纵向切分, 采用光学显微镜观察螺纹齿
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3 0.177
的形貌, 在 1 螺栓螺纹齿右侧发现局部微裂纹[ 见
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4 0.210
图 8a )], 在 6 螺 纹 齿 底 部 发 现 局 部 微 裂 纹 [ 见 图
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5 0.179
8b )], 裂纹宽度约为 0.313mm , 深度约为 1.8mm ,
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6 0.100
判断为疲劳裂纹。
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