Page 49 - 理化检验-物理分册2023年第十一期

高腾飞, 等: 某核电站凝汽器密封结构用镍铝青铜螺栓断裂原因

表1 断裂螺栓的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
Al Fe Ni+Co Mn Zn
实测值 10.00 3.80 4.65 0.70 0.29

标准值 9.0~11.0 2.0~4.0 4.0~5.5 ≤1.5 ≤0.30
1.3 扫描电镜( SEM ) 分析
将断裂螺栓断口清洗并干燥后, 用扫描电镜
图1 1号螺栓和2号螺栓断面的宏观形貌 ( SEM ) 对其进行观察, 结果如图2所示。由图2可
初步判断裂纹起源于黑灰色区域边缘部分, 经 知: 断口被黑灰色腐蚀产物覆盖的区域存在磨光特
过扩展后最终断裂于断口黄褐色区域。 征, 根据条纹分布情况判断该区域为裂纹源区; 裂纹
1.2 化学成分分析 扩展区存在二次裂纹; 断口处存在与镍铝青铜合金
采用荧光光谱仪对断裂螺栓进行化学成分分 基体颜色一致的黄褐色区域, 该区域不存在腐蚀产
析, 结果如表1所示。由表1可知: 该断裂螺栓的化 物, 说明其形成时间较晚, 且该区域呈不规则的韧窝
学成分满足标准要求。 形貌, 判断其为终断区。

图2 螺栓断口的SEM 形貌
1.4 力学性能测试 开裂的典型特征。

将断裂螺栓加工成直径为6mm 的圆棒形标准
拉伸试样, 对试样进行室温拉伸测试, 测试结果如表 2 综合分析
2所示。由表2 可知: 该断裂螺栓的力学性能满足 由上述理化检验结果可知: 该断裂螺栓的化学
标准要求。 成分和力学性能均满足标准要求; 断口黄褐色区域
表2 断裂螺栓的力学性能测试结果 可见明显的韧窝, 结合宏观观察结果, 判断裂纹起源
项目 抗拉强度 / MPa 屈服强度 / MPa 断后伸长率 / % 于断口黑灰色腐蚀产物覆盖区域的边缘, 终断于断
实测值 839 568 19 口黄褐色区域。螺栓横截面组织均匀, 无明显制造
标准值 ≥760 ≥470 ≥10 缺陷, 纵截面有大量起源于断口的裂纹, 且主裂纹在
扩展过程中形成了树枝状分叉, 呈应力腐蚀裂纹的
1.5 金相检验
典型形貌特征。
在断裂螺栓的非断口位置横截面以及断口位置
应力腐蚀断裂是金属材料在应力和特定腐蚀环
纵截面处取样, 对试样进行打磨、 抛光、 腐蚀等处理,
境的共同作用下, 发生的低于材料强度极限的脆性
然后将试样置于光学显微镜下观察, 结果如图3所
断裂形式 [ 5 ] 。通常情况下, 腐蚀环境对于材料仅有
示。由图3可知: 螺栓为典型的 α相( 黄白色区域)
轻微的腐蚀作用, 材料所受应力一般为拉应力, 且应
和 相( 灰黑色区域) 两相组织, 组织整体较为均匀, 力通常不会对材料造成破坏, 但在二者的相互作用
β
未见明显的偏析、 孔洞、 气孔等制造缺陷; 断口纵截
下, 材料会发生应力腐蚀断裂。应力腐蚀断裂具有
面有多个起源于断口的裂纹, 裂纹在沿轴向纵深扩
腐蚀介质缓和、 应力水平较低的特点 [ 6 ] 。
展的过程中产生了明显的树枝状分叉, 呈应力腐蚀

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