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六角頭螺栓斷裂失效分析

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掃一掃!六角頭螺栓斷裂失效分析掃一掃!
瀏覽:- 發(fā)布日期:2020-07-21 15:23:57【

塔吊底座固定六角頭螺栓,規(guī)格為M30×340,性能等級(jí)為10.9級(jí)、材料為40Cr,表面鍍黃鋅;在安裝2個(gè)月后發(fā)生斷裂。

試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

螺栓斷裂位置為與桿部結(jié)合的第一扣螺紋處,斷裂件宏觀形貌見圖13-80。

圖13-80 六角頭螺栓斷裂件形貌


圖13-80  六角頭螺栓斷裂件形貌

斷裂件斷口附近的螺紋部分有明顯的塑性變形,見圖13-81。

斷口凹凸不平,部分區(qū)域有銹蝕,斷口宏觀形貌見圖13-82。

圖13-81 斷裂螺栓螺紋部分宏觀形貌 圖13-82 斷口宏觀形貌








圖13-81 斷裂螺栓螺紋部分宏觀形貌             圖13-82 斷口宏觀形貌

在掃描電鏡下觀察斷口,整個(gè)斷口主要形貌為拉伸韌窩,未發(fā)現(xiàn)冶金缺陷和夾雜物,微觀形貌如圖13-83所示。

圖13-83斷口微觀形貌


                                                                                              圖13-83斷口微觀形貌

螺栓橫截面進(jìn)行硬度檢測(cè),硬度檢測(cè)結(jié)果:螺栓近表面硬度為 310~335HV10;心部硬度為 290~295HV10。

取斷裂螺栓的剩余部分加工成拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表13-1

                                                              表13-1 螺栓拉伸試驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng)目

抗拉強(qiáng)度/MPa

規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度RP0.2

/MPa

斷后伸長(zhǎng)率

/%

斷面收縮率

/%

試驗(yàn)結(jié)果

950

780

15.0

52.0

標(biāo)準(zhǔn)值

1040

940

12.0

52.0

用直讀光譜對(duì)斷裂螺栓進(jìn)行化學(xué)分析,化學(xué)成分分析結(jié)果表明螺栓材料化學(xué)成分符合40Cr的要求,

沿?cái)嗫诳v向截取金相試樣,制樣后顯微鏡觀察,螺栓的表面組織為回火索氏體組織,表面組織如圖13-84所示。

螺栓的心部組織為索氏體+鐵素體,如圖13-85所示。

圖13-84 近表層金相組織


圖13-84 近表層金相組織

圖13-85心部金相組織


圖13-85心部金相組織  

  分析與討論

螺栓的化學(xué)成分符合要求,通過(guò)對(duì)斷裂螺栓宏觀和微觀形貌的分析可知,斷口附近螺紋有明顯的頸縮現(xiàn)象,微觀形貌為拉伸韌窩,表明螺栓的斷裂是在拉應(yīng)力作用下的過(guò)載斷裂。

螺栓的表面部分組織正常,心部組織存在鐵素體組織,組鐵素體織的存在會(huì)引起螺栓機(jī)械性能的降低。從螺栓的硬度試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果,也反映出螺栓的心部硬度低,拉伸強(qiáng)度值低不合格,主要原因是螺栓的心部組織有較多的鐵素體組織。

螺栓心部組織有較多的鐵素體的原因是螺栓熱處理工藝不當(dāng)造成。螺栓淬火加熱保溫時(shí)間不夠、螺栓淬火冷卻速度過(guò)慢等原因都會(huì)造成螺栓心部有較多的鐵素體組織。

螺栓的斷裂主要原因是螺栓的拉伸強(qiáng)度低,不能滿足安裝應(yīng)力的要求,安裝后在實(shí)際安裝應(yīng)力的作用下,螺栓發(fā)生逐步變形伸長(zhǎng)過(guò)載斷裂。

總結(jié)與啟示

(1)引起螺栓斷裂的根本原因是螺栓的拉伸強(qiáng)度低。由于螺栓的拉伸強(qiáng)度低,不能承受正常的安裝應(yīng)力,在安裝應(yīng)力作用下逐步塑性變形,最后過(guò)載斷裂。

(2)螺栓的拉伸強(qiáng)度低的原因是螺栓心部有較多的鐵素體組織。

(3)螺栓心部有較多鐵素體組織的原因是螺栓熱處理工藝不當(dāng)造成。

(4)加強(qiáng)螺栓熱處理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝紀(jì)律檢查,嚴(yán)格執(zhí)行工藝才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(5)加強(qiáng)螺栓的產(chǎn)品質(zhì)量檢查,對(duì)螺栓硬度低的要及時(shí)進(jìn)行返修。

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