高压断路器储能弹簧失效分析及截面形状优化
发布时间：2021-09-28 08:27
高压断路器储能弹簧是高压断路器中的重要部件,其安全隐患严重威胁变电站的运行。我国电力行业正朝着高压、特高压方向发展,断路器储能弹簧的安全性也被寄予更高的要求。近年来却发现多起因断路器储能弹簧出现应力松弛而导致的断路器故障。为提高断路器储能弹簧的安全性,本工作从弹簧失效分析及弹簧截面形状优化两方面开展了研究。一方面,本研究通过对某断路器中出现应力松弛失效的储能弹簧及全新弹簧材料经不同温度回火后的样品进行化学成分分析、拉伸试验、断口分析和金相分析,探究了 60Si2CrVA弹簧应力松弛的原因,用以指导60Si2CrVA生产,来提高断路器储能弹簧的品质。研究结果表明:弹簧热处理过程中回火温度过高,致使其组织为回火索氏体+块状游离铁素体,且碳化物粗细不均匀,部分区域粗大碳化物直径达到0.5μm,而降低了细小弥散的第二相粒子对位错运动的阻碍作用,从而使材料发生应力松弛所需的激活能降低,加快了弹簧的应力松弛速率。另一方面,本研究使用Solidworks建立了圆形截面、矩形截面、椭圆截面和卵形截面等四种不同截面形状的圆柱螺旋弹簧三维模型,并利用Solidworks Simulation有限元分析软件...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１弹簧外观（左：新弹簧；右：失效弹簧）??对于弹簧室温下的应力松弛行为尚未形成统一定论，有文献指出弹簧的这种??
２．２．３拉伸实验及样品断口观察检测??为消除脱碳层对拉伸实验结果的影响，车除１＃￣１２＃试棒表面０．５ｍｍ后，力口??工成如图２－２所示的拉仲样品。在失效弹簧上切取与图２－２形状尺寸相同的样品，??编号为０＃。利用三思－ＣＭＴ５５０４的电子万能试验机对拉伸样品进行金属室温拉伸??实验，后在ＪＳＭ－６３６０ＬＶ电子显微镜下观察其断口形貌，并利用能谱仪检测断口??可疑位置的化学成分。??丨丨丨丨丨丨＿丨，［．一＾＾??图２－２拉伸样品形状??９??
?／??２）拉伸实验??０＃样品拉断后外观如图２－３所示，断裂面与拉伸方向成４５°，为典型的切断??型断裂，该断裂类型属于初性断裂［４８］。０＃￣１２＃组样品的抗拉强度如表２－３所示。??图２－３失效弹簧钢的断裂面取向??拉伸实验结果显示失效弹簧钢抗拉强度约为１５９７ＭＰａ，与５２０°Ｃ回火样品的??抗拉强度相当，其抗拉强度低于ＧＢ／Ｔ１２２２?—?２００７要求的１８６０ＭＰａ。推测失效??弹簧的实际回火温度比标准回火温度高，约为５２０°Ｃ。??表２－３?０＃？１２＃样品抗拉强度（ＭＰａ）??迫Ｄ?抗拉?迫〇?抗拉?迫〇?抗拉?迫〇?抗拉?迫Ｄ?抗拉??＾?强度?＾酿?＾?赌?＾?强度?＾?强度??１＃?１９７２?４＃?１６９６?７＃?１５５７?１０＃?１３７４?０＃?１５８７??２＃?１８５７?５＃?１６４２?８＃?１５０３?１１＃?１２８７?／?／??３＃?１７６８?６＃?１６０３?９＃?１４８６?１２＃?１１２６?／?／??图２－４为断口扫描电镜照片，其中（ａ）为整体形貌，（ｂ）为可疑位置放大形??貌。可见整个断面非金属夹杂颗粒数量很少。??对图２－４（ｂ）中夹杂物进行能谱分析，结果表明该非金属夹杂主要元素为Ｓｉ、??０、Ｆｅ，结合ＧＢ／Ｔ１０５６１－２００５可判断该夹杂物类型为氧化物夹杂，该类夹杂主??要引起弹簧的疲劳断裂。拉伸样品断裂方式为韧性断裂
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹簧钢60Si2MnA表面脱碳规律研究[J]. 于学森,沈奎,江卓俊,张宇. 热加工工艺. 2017(24)
[2]Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究[J]. 刘汉青,黄志勇,王清远. 工程科学与技术. 2017(06)
[3]50CrVA弹簧圆钢的研发和生产[J]. 李祥才. 山东冶金. 2017(05)
[4]三偏心蝶阀过关闭现象的有限元模拟分析[J]. 杨恒虎,杨长辉,罗石林,张红,赵志雄,王伦维. 机床与液压. 2017(16)
[5]高强度弹簧钢的发展现状和趋势分析[J]. 王筱冬. 中国锰业. 2017(04)
[6]60Si2MnA弹簧钢盘条开发实践[J]. 屈小波,谷杰,侯兴辉. 金属制品. 2017(04)
[7]126kV真空断路器新型磁力操动机构研究与设计[J]. 许家源,张鹏,晁雪薇,田宇,华争祥,朱苛娄,董恩源. 高压电器. 2017(03)
[8]一种铅铋合金的金相试样制备方法[J]. 夏雯,刘淑凤,左玉婷,张东晖. 理化检验(物理分册). 2017(01)
[9]特高压输电线路基础选型与优化[J]. 王月斌,王伟,陈淑宏,张维国. 农村电气化. 2016(11)
[10]球墨铸铁和铝硅合金金相试样制备技巧[J]. 张秋红,樊湘芳,周娟,赵崇,吴闯. 科技视界. 2016(27)
硕士论文
[1]开关变换器磁性元器件场路耦合仿真及其优化设计[D]. 朱博威.北京交通大学 2017
[2]800MPa级水电用钢厚板的组织与性能研究[D]. 张瑞.东北大学 2014
[3]定向凝固镍基高温合金4706DS的蠕变疲劳机理研究[D]. 吴生华.厦门大学 2014
[4]基于SAP2000的大型结构可靠度分析[D]. 于忠翰.大连理工大学 2013
[5]弹簧钢的应力松弛行为研究[D]. 王廷喜.西南交通大学 2012
本文编号：3411571
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１弹簧外观（左：新弹簧；右：失效弹簧）??对于弹簧室温下的应力松弛行为尚未形成统一定论，有文献指出弹簧的这种??
２．２．３拉伸实验及样品断口观察检测??为消除脱碳层对拉伸实验结果的影响，车除１＃￣１２＃试棒表面０．５ｍｍ后，力口??工成如图２－２所示的拉仲样品。在失效弹簧上切取与图２－２形状尺寸相同的样品，??编号为０＃。利用三思－ＣＭＴ５５０４的电子万能试验机对拉伸样品进行金属室温拉伸??实验，后在ＪＳＭ－６３６０ＬＶ电子显微镜下观察其断口形貌，并利用能谱仪检测断口??可疑位置的化学成分。??丨丨丨丨丨丨＿丨，［．一＾＾??图２－２拉伸样品形状??９??
?／??２）拉伸实验??０＃样品拉断后外观如图２－３所示，断裂面与拉伸方向成４５°，为典型的切断??型断裂，该断裂类型属于初性断裂［４８］。０＃￣１２＃组样品的抗拉强度如表２－３所示。??图２－３失效弹簧钢的断裂面取向??拉伸实验结果显示失效弹簧钢抗拉强度约为１５９７ＭＰａ，与５２０°Ｃ回火样品的??抗拉强度相当，其抗拉强度低于ＧＢ／Ｔ１２２２?—?２００７要求的１８６０ＭＰａ。推测失效??弹簧的实际回火温度比标准回火温度高，约为５２０°Ｃ。??表２－３?０＃？１２＃样品抗拉强度（ＭＰａ）??迫Ｄ?抗拉?迫〇?抗拉?迫〇?抗拉?迫〇?抗拉?迫Ｄ?抗拉??＾?强度?＾酿?＾?赌?＾?强度?＾?强度??１＃?１９７２?４＃?１６９６?７＃?１５５７?１０＃?１３７４?０＃?１５８７??２＃?１８５７?５＃?１６４２?８＃?１５０３?１１＃?１２８７?／?／??３＃?１７６８?６＃?１６０３?９＃?１４８６?１２＃?１１２６?／?／??图２－４为断口扫描电镜照片，其中（ａ）为整体形貌，（ｂ）为可疑位置放大形??貌。可见整个断面非金属夹杂颗粒数量很少。??对图２－４（ｂ）中夹杂物进行能谱分析，结果表明该非金属夹杂主要元素为Ｓｉ、??０、Ｆｅ，结合ＧＢ／Ｔ１０５６１－２００５可判断该夹杂物类型为氧化物夹杂，该类夹杂主??要引起弹簧的疲劳断裂。拉伸样品断裂方式为韧性断裂
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹簧钢60Si2MnA表面脱碳规律研究[J]. 于学森,沈奎,江卓俊,张宇. 热加工工艺. 2017(24)
[2]Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究[J]. 刘汉青,黄志勇,王清远. 工程科学与技术. 2017(06)
[3]50CrVA弹簧圆钢的研发和生产[J]. 李祥才. 山东冶金. 2017(05)
[4]三偏心蝶阀过关闭现象的有限元模拟分析[J]. 杨恒虎,杨长辉,罗石林,张红,赵志雄,王伦维. 机床与液压. 2017(16)
[5]高强度弹簧钢的发展现状和趋势分析[J]. 王筱冬. 中国锰业. 2017(04)
[6]60Si2MnA弹簧钢盘条开发实践[J]. 屈小波,谷杰,侯兴辉. 金属制品. 2017(04)
[7]126kV真空断路器新型磁力操动机构研究与设计[J]. 许家源,张鹏,晁雪薇,田宇,华争祥,朱苛娄,董恩源. 高压电器. 2017(03)
[8]一种铅铋合金的金相试样制备方法[J]. 夏雯,刘淑凤,左玉婷,张东晖. 理化检验(物理分册). 2017(01)
[9]特高压输电线路基础选型与优化[J]. 王月斌,王伟,陈淑宏,张维国. 农村电气化. 2016(11)
[10]球墨铸铁和铝硅合金金相试样制备技巧[J]. 张秋红,樊湘芳,周娟,赵崇,吴闯. 科技视界. 2016(27)
硕士论文
[1]开关变换器磁性元器件场路耦合仿真及其优化设计[D]. 朱博威.北京交通大学 2017
[2]800MPa级水电用钢厚板的组织与性能研究[D]. 张瑞.东北大学 2014
[3]定向凝固镍基高温合金4706DS的蠕变疲劳机理研究[D]. 吴生华.厦门大学 2014
[4]基于SAP2000的大型结构可靠度分析[D]. 于忠翰.大连理工大学 2013
[5]弹簧钢的应力松弛行为研究[D]. 王廷喜.西南交通大学 2012
本文编号：3411571
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3411571.html
