40Cr钢螺栓断裂失效原因分析

发布时间：2024-05-11 19:36

　　针对某厂水处理站服役4年便发生早期断裂失效的40Cr螺栓,采用化学成分分析、力学性能检测、扫描电镜以及光学显微镜等方法对其断裂原因进行了分析。结果表明,断裂起源于第二道螺纹根部,该处存在多道次焊接是引起疲劳断裂的诱因;轴的心部组织是珠光体+网状铁素体,属未经调质处理的原材料组织,其力学性能和疲劳强度不能满足使用要求;疲劳源处发现硬脆相马氏体组织,与轴在运转过程中不同心(偏心)产生交变应力的共同作用下使裂纹快速扩展直至断裂。

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【部分图文】：

图1螺栓的断口及断口的侧面弧坑和焊疤缺陷形貌

该螺栓直径约为60mm,在距光滑段的第二个螺纹齿根处断裂,图1为螺栓的断口及断口的侧面弧坑和焊疤缺陷形貌,图1(a)可见存在两个疲劳区,其中一个较大的疲劳区占总轴周长的1/3,疲劳扩展深度达8.1mm,另一疲劳区大约占总轴周长的1/6,疲劳扩展深度达6.6mm。疲劳扩展区呈....

图2轴两侧表面光亮带磨损宏观形貌对比

同时还发现断轴光滑段上有两个与轴套匹配形成的周向光亮带,而在两光亮带之间存在多条深浅不一的沿周向磨损的凹槽,经测定凹槽磨损最严重的部位深度为1.14mm,沿轴向侧一侧凹槽被部分磨光而另一侧凹槽未被磨损(见图2),说明有磨粒与轴摩擦形成凹槽,同时轴存在偏心现象。2.2化学成分

图3典型夹渣形貌

在断口疲劳源部位取金相试样,发现试样焊疤周围存在聚集分布的深灰色夹渣,最大尺寸达55μm,该夹渣破坏了金属的连续性,减少了焊缝截面积,降低了承载能力,当螺栓受载荷特别是交变载荷时,造成应力集中,易引起裂纹,典型夹渣物形貌见图3。图4为疲劳源区及焊疤处组织形貌,在金相显微镜下观察....

图4疲劳源区及焊疤处组织形貌

图4为疲劳源区及焊疤处组织形貌,在金相显微镜下观察发现,试样裂纹源区发现宽度约为1.2mm和0.9mm的马氏体带(分别见图4(a)、图4(b)),这种组织将使钢的脆性增大,内应力也较大,在使用时易发生开裂。出现这种组织的原因是由于螺栓在使用运转过程中产生剧烈摩擦磨损,随着....

本文编号：3970314