Page 79 - 理化检验-物理分册2024年第九期
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孙 雄，等：R26高温合金螺栓断裂原因
图 5 断裂螺栓的显微组织形貌
表2 断裂螺栓的力学性能测试结果
项目 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 断后伸长率/% 断面收缩率/% 硬度/HB
实测值 1 271 932 22.0 36 364
标准值 ≤1 000 ≤555 ≤14.0 ≤20 262~331
图 6 断口处 SEM 形貌
2 综合分析
综合上述分析结果可知：该断裂螺栓中Ti元素
含量偏高、硬度超出标准要求，且组织中存在带状析
出物，在SEM下可观察到钛化物颗粒呈带状分布。
钛化物大量析出使螺栓的轴向强度增大，硬度变大。
带状组织的存在使螺栓的抗高温蠕变性能和抗松弛
[4]
性能变差，造成高温螺栓的使用性能变差 。根据宏
观观察和SEM分析结果可知，螺栓的断裂性质为脆
图 7 螺栓断口处能谱分析位置
性断裂，断口存在多处分叉裂纹，裂纹扩展方向为轴
所示，分析结果如表 3 所示。由表 3 可知：灰色颗
向，裂纹附近存在晶界氧化特征与表面氧化膜，推断
粒析出物中的 Ti 元素含量高于基体，为基体中的 该裂纹已存在一段时间，且运行应力不是造成裂纹形
Ti 元素未熔或析出所致； 晶界处白色第二相中 Ni、
成的主要原因。断裂螺栓中存在带状组织，导致其硬
Ti 元素含量偏高，为区域 Ni、Ti 元素富集相析出
[5]
度变大，塑性和韧性变差 。螺栓在长期运行后部分
所致。
区域的抗氧化性能变差，使螺栓形成晶间氧化微裂
表3 螺栓断口处能谱分析结果 %
纹，微裂纹不断扩展，最终使螺栓发生脆性断裂。
质量分数 该螺栓为高压导气管法兰固定螺栓，运行过程
分析位置
Cr Ni Ti
中主要承受轴向应力与机组启停过程中产生的热应
[6]
谱图1 5.2 9.3 45.9 力，服役温度高于540 ℃， 运行条件极为恶劣 。对
谱图3 4.5 44.1 25.1 于汽轮机中运行的高温、高压螺栓，较小的性能差异
谱图4 13.5 25.1 2.0 即可造成螺栓断裂 [7-8] 。
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