​U型螺栓斷裂失效機理分析與研究...

1 試（shì）驗（yàn）材料與方法

1.1試驗材（cái）料

    本文研究（jiū）的失效螺栓的材料為40Cr，運行時間約為5.1萬小時，其（qí）化學成分見表1-1。拉（lā）伸試（shì）驗為（wéi）φ5mm的棒（bàng）狀拉伸試樣，衝擊試驗的試樣規格為55×10×10mm、U型缺口深度為的2mm。

1.2 試樣製備

    用（yòng）線切割機將（jiāng）斷口切割下來，用超聲（shēng）波清洗10min，再用酒精棉球擦拭幹淨，製備掃描電鏡試樣；在（zài）螺杆部位分別（bié）取樣製作（zuò）衝擊（jī）及拉伸試樣，試樣不應該有尖銳毛刺等缺陷存在；使用砂輪機將斷麵打平（píng），並且用不同粗細的砂紙進行研磨，最後使用機械拋光並用4%硝酸酒精腐蝕，製備金相試（shì）樣。

1.3 分（fèn）析測試方法

    利用 Zeiss Supra40 型掃描電（diàn）子顯微鏡觀察斷口形貌; 用 MH-3 型顯微硬度（dù）計測試（shì）斷口附（fù）近硬度（dù），測試硬度梯度時選用的檢測加載力為 200 g，加載時間為 5 s，利用台式（shì）顯微鏡進行金相組（zǔ）織觀察，使用萬能拉伸試驗機進行室（shì）溫拉伸試驗，衝擊試驗在擺錘式（shì）衝擊試驗機上進行。

2試驗結果與分析

化學成（chéng）分分析

    在螺栓斷口附近取（qǔ）樣（yàng）進行（háng）化學成分分析，結果見（jiàn）表2-1，結果符合GB/T 3077-1999[[2]]中規定的40Cr的化學成分要求。

螺栓應力計算（suàn）

     U型螺栓在複雜工況下受力，主要受（shòu）到葉片自身重力、離心力等作用，最主要的是在運行（háng）過程中的離心力的剪切應力。離心力和（hé）向心力大小相等方向相反（fǎn）。    由於風扇葉片（piàn）並不是均質體，為（wéi）方便計（jì）算，假設其重心在葉（yè）片的3/4處，葉片的半徑為4.7m，重量為163kg，轉速為98.8r/min。將（jiāng）以上數據帶入到公式中算得向心力為6.1×104N，U型螺栓受到的切應力約為（wéi）86.96MPa，略低於螺栓的屈服強度。

    U型螺栓在複雜工況下受力，螺紋根部（bù）等應（yīng）力集中部位易產生裂紋等缺陷，在葉片自身重力、向心力、離心力等作用下，缺陷逐漸向外擴（kuò）展，造（zào）成螺栓有效承載（zǎi）麵積減小，使得有效承（chéng）載（zǎi）麵積不足，直至（zhì）斷裂，斷口處有明（míng）顯疲勞斷裂的特征。