Page 70 - 理化检验-物理分册2023年第三期
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郑建军, 等: 风机叶片紧固螺栓断裂原因

















                       图1 现场4根断裂螺栓的宏观形貌                                       图2 断口的宏观形貌
            源区位于断口边缘应力集中的螺牙底部, 且存在多                           1.2 化学成分分析
            个疲劳源区的特征; 裂纹扩展区占整个断口的大部                                依据 GB / T4336 — 2016 《 碳素钢和中低合金钢 多



            分面积, 内部可见大量贝壳纹, 呈典型的疲劳断裂特                          元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法( 常规法)》,

            征, 扩展区边缘可见白色“ 凸起”; 瞬断区断面较为粗                        用SPECTROMAXx型台式直读光谱仪对断裂螺栓进

            糙, 可见明显的撕裂状形貌, 且面积较小, 说明螺栓                         行化学成分分析, 结果如表1所示, 可见螺栓的化学成

            在断裂前受到的应力较小。                                       分满足 GB / T3077 — 2015 《 合金结构钢》 的要求。
                                                表1 断裂螺栓的化学成分分析结果                                           %
                                                             质量分数
              项目
                        C          Si         Cr          S          Ni         Mo         Mn         P
              实测值      0.39        0.21       0.99      0.011       0.05       0.17       0.79       0.020
              标准值    0.38~0.45  0.17~0.37  0.90~1.20    ≤0.015      ≤0.30    0.15~0.25  0.50~0.80    ≤0.030

            1.3 扫描电镜( SEM ) 分析                                 未见氢脆损伤或夹杂等异常缺陷; 扩展区的表面较为
                 在断裂螺栓的断口处取样, 进行SEM 分析, 结果                     粗糙, 内部可见明显的疲劳辉纹及少量二次裂纹, 辉
            如图3所示。由图3可知: 螺栓裂纹源区位于螺纹牙                           纹间距较小, 与高周疲劳特征相符; 瞬断区内存在大
            底的应力集中位置, 即切削加工刀痕底部, 且源区内                          量韧窝, 表明该部位发生了韧性断裂。

















                                                   图3 断裂螺栓的SEM 形貌
            1.4 金相检验                                           纹牙底可见微裂纹。
                 在螺栓的近断口处取样, 对试样进行金相检验,                       1.5 力学性能测试
            结果如图4所示。由图4可知: 螺栓内部可见夹杂                                在断裂螺栓上取样, 分别利用 Tukon2500-6型
            物, 按照 GB / T10561 — 2005 《 钢中非金属夹杂物含               全自动维氏硬度测试仪、 CMT5305 型电子万能试



            量的测定 标准评级图显微检验法》 对夹杂物进行评                           验机及 ZBC-300B型数字式冲击试验机对其进行硬
            级, 结果为 A 类硫化物类夹杂物细系1.5级; 螺栓的                       度测试、 拉伸试验和低温( -45 ℃ ) 冲击试验, 结果

            基体组织为等轴、 均匀分布的细小回火索氏体组织,                           如表2所示, 可见断裂螺栓的各项力学性能指标均

            说明该螺栓经过了调质热处理; 螺栓的螺纹牙底流                            符合 NB / T31082 — 2016 《 风电机组塔架用高强度
            线正常, 边缘组织均匀, 未见明显脱碳层; 螺栓的螺                         螺栓连接副》 对10.9级风电螺栓的要求。

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