​U型螺栓斷裂失效機理分析與研究...

1 試驗材（cái）料與方法

1.1試驗材（cái）料

    本文研究的失（shī）效螺栓的材料為40Cr，運行時間約為5.1萬小時，其化（huà）學成分（fèn）見表1-1。拉伸試驗為φ5mm的棒狀拉伸試樣，衝擊（jī）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

    用線切割機將（jiāng）斷口切割下來，用超聲波清洗10min，再用酒精棉球擦拭幹淨，製備掃描電鏡試樣；在螺杆部位分別取樣製作衝擊及拉伸試樣，試樣不應（yīng）該有尖銳毛（máo）刺等缺（quē）陷存在；使用砂輪機將（jiāng）斷麵打平，並且用不同粗（cū）細的砂紙進行研磨，最後使（shǐ）用機（jī）械拋光並用4%硝酸酒精腐蝕，製（zhì）備金（jīn）相試樣。

1.3 分析測試方法

    利用（yòng） Zeiss Supra40 型掃描電子顯微鏡（jìng）觀察斷口形貌; 用（yòng） MH-3 型顯微硬度計測試斷口附近硬度，測試硬（yìng）度梯度時選用（yòng）的檢（jiǎn）測加載力為 200 g，加載時間為 5 s，利用台式顯微鏡（jìng）進行金相組織觀察，使用萬能拉伸試（shì）驗機進行（háng）室溫拉伸試驗，衝擊試驗在擺錘式衝擊試（shì）驗機上進行。

2試驗結（jié）果與分析

化（huà）學成分分析

    在螺栓斷口附近取樣進（jìn）行（háng）化學成（chéng）分分析，結果見表2-1，結果符合（hé）GB/T 3077-1999[[2]]中（zhōng）規定的40Cr的化學成分（fèn）要求。

螺栓應力計算（suàn）

     U型螺栓在複雜（zá）工況下受力，主要受到葉片自身重（chóng）力、離心力等作用，最主要的是在運行過程中的離心力的剪切應力。離心力和向心力大小相等方向（xiàng）相反。    由於（yú）風扇葉片並不是均質體，為方便計算，假設其重心在葉片的3/4處，葉片的半徑為4.7m，重量為（wéi）163kg，轉速為98.8r/min。將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86.96MPa，略低於螺栓（shuān）的屈（qū）服強度。

    U型螺栓在複雜工況下受（shòu）力，螺紋根部等應（yīng）力集中部位易（yì）產生裂（liè）紋等缺陷，在葉片自身重力、向心力、離心力等作（zuò）用下，缺陷逐漸向外擴展，造成螺栓有效承載麵積減小，使得有效承載麵積不足，直至斷裂，斷口處有明顯疲勞斷裂的特征。