Page 79 - 理化检验-物理分册2024年第三期

杨东旭, 等: 电厂汽轮机主汽门螺栓断裂原因

如图 2 所示。由图 2 可知: 断面洁净, 无明显旧断
1 理化检验
区; 螺栓中心孔至断面外侧边缘区域可见放射状花
1.1 宏观观察 样, 为断口的放射区, 呈典型的脆性断裂特征; 中心
断裂螺栓的宏观形貌如图 1 所 示。由 图 1 可 孔内壁的机械加工痕迹粗糙。该螺栓断口符合拉伸
知: 螺栓断裂位置为靠近光杆的第 1~2 个螺牙处, 断口的宏观形貌特征, 由中心孔向外表面扩展断裂。
应力集中程度最严重的断面垂直于螺栓纵向 [ 5 ] , 断
面外侧边缘存在整圈与螺栓轴向夹角约为 45° 的剪
切唇区, 剪切唇区表面光滑; 断面存在一处台阶, 台
阶由基本平行、 高度不同的裂纹连接而成, 裂纹位于
解理面上, 由中心孔向外扩展。

图 2 断口的宏观形貌
1.2 化学成分分析
采用光谱仪对断裂螺栓进行化学成分分析, 结
图 1 断裂螺栓宏观形貌
果如表 1 所示。由表 1 可知: 断裂螺栓的成分符合
将断口用超声波清洗, 观察其宏观形貌, 结果 生产厂家的标准要求。

表 1 断裂螺栓的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
Cr Ni Fe Al Nb Si Ti C B Co
实测值 3.19 28.9 26.7 5.27 2.85 0.34 0.26 0.028 0.008 余量
标准值 2.50~3.50 26.0~30.0 24.0~27.0 5.00~6.00 2.50~3.50 ≤0.50 ≤0.40 ≤0.03 0.003~0.012 余量

1.3 扫描电镜( SEM ) 及能谱分析 清洗后的断面洁净, 无明显旧断区; 断口以沿晶断裂
将断口用无水乙醇超声波清洗后, 采用扫描电 为主, 属于脆性断裂; 未发现明显腐蚀产物及疲劳裂
镜对断口进行观察, 结果如图 3 所示。由图 3 可知: 纹扩展条纹。

图 3 螺栓断口 SEM 形貌
将螺栓断裂处沿纵向剖开, 并将剖面打磨光滑, 螺栓中心孔内壁附近存在微观裂纹。
1.4 金相检验
使用扫描电镜及能谱仪对其进行分析, 结果如图 4
所示。由图 4 可知: 靠近内壁基体存在合金贫化区, 在断裂螺栓的光滑断面附近切取纵向试样, 将
且合金贫化区的氧元素质量分数为 11.2% , 内壁氧 试样预磨、 抛光、 腐蚀, 再进行金相检验, 结果如图 5
元素的质量分数为 21.8% , 内壁的氧元素含量较高 所示。由图 5 可 知: 在 中 心 孔 附 近 存 在 合 金 贫 化
于合金贫化区, 说明在应力场作用下, 氧元素由内壁 层, 附近裂纹端部沿晶扩展; 断裂螺栓的显微组织
沿晶界向基体发生了扩散 [ 6 ] ; 基体中未见蠕变孔洞, 为γ 基 体 +γ'+ β 相 ( 颗 粒 状 、 长 条 状 ), 晶 界 附 近

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