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发动机底座高强度六角头螺栓断裂的失效分析
日期:2016-5-13   阅读:587次

    某紧固件厂出产的一批规范为M12X30mm、性能等级为12.9级的六角头螺栓,资料为42CrMo钢,制作规范为GB/T5782-2000,螺栓外表经发黑处理,其制备技术为盘条球化退火―酸洗―磷化―皂化―冷拔―冷镦成型螺纹加工―清洗―热处理―水洗―氧化(发黑)―水洗―浸防锈油。该螺栓为发起机底座螺栓,在某发起机上装置了8枚,装置24h后发现有2只螺栓开裂,因为发现及时,尽管没有形成发起机部件严峻受损,但也影响了发起机的正常工作。为了避免螺栓开裂的再次发作,作者对该螺栓的失效因素进行了剖析。

    1理化查验与成果由可见,螺栓断口平齐,无塑性变形,断面与轴线笔直,为脆性断口,在断口邻近无显着的腐蚀痕迹。用线切割从试样断口处切取一块试样,先用酒精清洗,然后使用超声波清洗机在丙酮溶液中清洗20min,再经去离子水清洗后枯燥,调查该断口的描摹,并剖析其化学成分。以笔直于裂纹源断面方向的旁边面作为金相试样的端面,机械磨抛后再用体积分数为4%的硝酸酒精溶液腐蚀,调查其显微安排并测其硬度。

    较多的细小发纹穿过晶界拓展,且有较多的撕裂棱,这是氢脆断口的典型微观特征,拓展区发现有类似于准解理开裂的河流状把戏,其开裂机制也归于解理开裂,见。高倍下可见瞬断区微观描摹为剪切韧窝,见(d)。

    1.3显微安排沿螺栓中心线纵向截取试样,经过热镶嵌法制成金相试样。选用4XC型光学显微镜对显微安排进行调查。由可见,螺栓各部分的安排完全相同,均为回火索氏体安排,为正常的平衡安排。螺栓外表有0.1mm深的渗碳层,说明该螺栓的外表硬度较高。螺纹根部有条直裂纹,裂纹沿晶开裂,不分叉。

    1.4硬度选用TH300型硬度计对失效螺栓的螺纹根部、外表和心部进行硬度测验,按GB/T3098.1―2000请求进行。螺栓外表硬度为518HV0.3,比心部硬度高约80HV0.3(心部请求硬度的规模为385435HV0.3),不符合规范请求;而螺栓的心部硬度为434HV10,尽管符合请求,可是总体水平挨近硬度上限,个别点超越硬度上限。表1为失效螺栓螺纹根部的硬度。

    1.5化学成分使用直读光谱仪对螺栓的化学成分进行剖析,由表2可见,失效螺栓的化学成分符合GB/T3077表1失效螺栓螺纹根部的硬度表2失效螺栓的化学成分(质量分数)条件检查值一1999的规则。

    1.6氢含量在螺栓螺纹段距离外表03mm的区域取样,选用H-3000型定氢仪测定氢含量。成果显现,失效螺栓试样的氢含量为10mgkg1,而正常螺栓的氢含量应小于3mgkg1,这说明开裂螺栓亚表层区域的氢含量较高。

    2开裂因素剖析失效螺栓的安排为回火索氏体,螺栓断口微观存在亮光区,微观存在“鸡爪状”描摹,螺纹根部的沿晶裂纹不分叉,这些都是氢脆的典型特征。螺栓装置后存放时受拉应力效果,因为螺纹根部存在应力会集,这就使得此处的受力状况愈加恶劣。

    依据以上栓验成果,依照对氢脆开裂失效的判据,该12.9级高强度螺栓的失效应归于氢脆开裂。首要,在各种不一样的显微安排中,对氢脆灵敏性从大到小的通常次序为马氏体、上贝氏体(粗大贝氏体)、下贝氏体(细贝氏体)、索氏体、珠光体、奥氏体,因此螺栓的索氏体安排是氢脆灵敏安排。其次,强度大于1200MPa时,资猜中的氢含量在5kg1时即可致使氢脆;依据硬度及氢含量的测验成果,推算其抗拉强度达到了1200MPa,亚表层氢含量为10mgkg1;正常状况下,该螺栓的抗拉强度为1000MPa,外表硬度和心部硬度适当,因为失效螺栓可能因热处理不妥而致使强度过高,内外硬度区别较大,从而对氢脆的灵敏性增加。

    再次,螺栓遭到的工作应力首要是静拉应力,在螺纹根部存在应力会集。终究,氢脆开裂微观断口外表清洗,无腐蚀产品,断口平齐,有放射把戏;氢脆微观断口为沿晶开裂,晶粒轮廓显着,晶界上伴有变形线(发纹线或鸡爪痕),二次裂纹较少,撕裂棱或韧窝较多,这些特征在失效螺栓上都能找到。

    戴乐阳,等:某油轮辅锅炉过热器爆管的因素过热器管的安排却发作了显着的珠光体球化,并存在较多的沿晶蠕变裂纹(如所示),这表明锅炉有长时间超压或过热运转的可能。经查询轮机员得悉,该锅炉有时的确存在超压运转的状况,首要是因为有些港口驳油使命对比严峻,常常催促船员迅速工作。别的,爆管外壁有显着的氧化,内壁有较严峻的结垢,这些均会加剧管壁温度超高,使得失效管长时间超温,终究发作安排老化乃至部分脱碳,使其耐久强度下降。别的,因为油轮锅炉水的含油概率较大,因此其过热器管内壁垢层简单在部分堆聚,并且脱落的垢层也简单互相粘结积累,致使钢管部分流通面积变小乃至阻塞,这可能是该失效管爆口位部分过热更为直接的因素。

    另一方面,因为爆管内壁脆性垢层的热胀大系数不一样于管壁基体金属的,因此在交变热应力效果下易于开裂,继而被蒸汽冲刷剥离。当垢层裂开后,管内热水经过垢层裂缝俄然接触到高温管壁骤然汽化,发作了部分胀大压力。这种交变的胀大压力致使管壁基体资料发作损坏,在基体强度已然下降的爆口位外壁诱发纵向裂纹,并逐步向内壁拓展。而结垢层剥离处的钢管内壁简单遭到蒸汽腐蚀诱发应力会集,继而在垢层爆裂处的内管壁也逐步萌生出很多纵向微裂纹。在钢管外壁和内壁纵向裂纹的长时间一起效果下,管壁有用厚度减小,当减小到必定程度后,该过热器管就会发作长时超温爆管事端。

    3定论与主张该油轮辅锅炉过热器管因为长时间超温运转,致使钢管基体安排珠光体球化,并发作蠕变损害,钢管耐久强度下降,一起管内的结垢加剧了钢管的过热,终究致使爆管。

    在油轮辅锅炉的运转办理中,应该严格请求轮机员依照升压曲线进行启动升压,禁止赶火升压等不正常工况的呈现;其次,要坚持定时化验水质、投进炉水处理剂以减少结垢,还要特别加强凝水调查柜的调查,避免货油渗漏经回水管流到热水井,污染锅炉水并加剧结垢,进而下降水管的传热效率,形成长时间超温。

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