​U型螺栓斷裂失（shī）效機理分析（xī）與研究...

1 試（shì）驗材料與方法

1.1試驗材料

    本文研究的失效螺栓的材料為40Cr，運行時間約為5.1萬小時，其化學（xué）成分見表1-1。拉伸試驗為φ5mm的棒狀拉伸（shēn）試樣，衝擊試驗的試樣規格為55×10×10mm、U型缺口（kǒu）深度（dù）為的2mm。

1.2 試樣製備

    用線切割機將斷（duàn）口切割下來，用（yòng）超聲波（bō）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，試樣不應該有尖銳毛刺等缺（quē）陷存在；使用砂（shā）輪機（jī）將斷麵打平，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（zhì）備金相試樣（yàng）。

1.3 分（fèn）析測試（shì）方法

    利用 Zeiss Supra40 型掃描電子顯微鏡觀察斷口形貌（mào）; 用 MH-3 型顯微硬度計測試（shì）斷口附近硬度，測試硬（yìng）度梯度時選用的檢測加載力為（wéi） 200 g，加載時間為 5 s，利（lì）用台式顯微鏡進行金相組（zǔ）織（zhī）觀察，使（shǐ）用萬能拉伸試驗機進行室溫拉伸試驗，衝擊（jī）試驗在擺（bǎi）錘式衝擊（jī）試驗機上進行。

2試驗結果與分析

化學（xué）成分分析

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

螺栓應力計算

     U型螺栓在複雜（zá）工況下受（shòu）力（lì），主要受到葉片自身重力、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。離心力和向心力大小相等方向相反。    由（yóu）於風扇葉（yè）片並不（bú）是均質體，為方便計算，假設其（qí）重心在葉片的3/4處（chù），葉片的半徑為4.7m，重量為163kg，轉速為98.8r/min。將以上數據帶入到（dào）公式中算得向心（xīn）力（lì）為6.1×104N，U型螺（luó）栓受到（dào）的（de）切應力約為86.96MPa，略低於螺栓的屈服強（qiáng）度。

    U型螺栓（shuān）在複雜（zá）工況下受力，螺（luó）紋根部等應力集中部位易產生裂紋等缺陷，在葉片自身重（chóng）力、向心力、離心力等作用下，缺陷逐漸向外擴展（zhǎn），造（zào）成螺栓有效承載麵積減小，使得有效承載麵積不（bú）足，直至斷裂，斷口處有明顯疲勞斷裂的特征。