​U型螺栓斷（duàn）裂失效機（jī）理分析與研究...

1 試驗材料與（yǔ）方法

1.1試驗材料

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

1.2 試樣製備

    用線切割機將斷口切割下來，用超聲波（bō）清洗10min，再（zài）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陷存在；使用砂輪機將斷麵打平，並且用不同粗細的砂紙進行研磨，最後使用機械（xiè）拋光（guāng）並用4%硝（xiāo）酸酒精腐蝕，製（zhì）備金相（xiàng）試樣（yàng）。

1.3 分（fèn）析測試方法（fǎ）

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

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]]中規定的40Cr的化學成分要求。

螺栓應力（lì）計算

     U型螺栓在複雜工況下受力，主要受到葉片自身重力、離（lí）心力等作用，最主要的是在運行過程中的離心（xīn）力的剪切應力。離（lí）心（xīn）力和向心力大小相等（děng）方向相反。    由於（yú）風扇葉片並不是均質體，為方（fāng）便（biàn）計算，假（jiǎ）設其重心在葉片的3/4處，葉片的半徑為4.7m，重量為163kg，轉速為98.8r/min。將以上數據（jù）帶入到公式中算得向心力為（wéi）6.1×104N，U型螺栓受到的切應（yīng）力約為（wéi）86.96MPa，略低於（yú）螺（luó）栓的屈服強度。

    U型螺栓在（zài）複雜工況下受力（lì），螺紋根部等應力集中（zhōng）部位易產生裂紋等缺陷，在葉片自（zì）身重力、向心力、離心力等作用下，缺陷逐（zhú）漸向外擴展，造成螺栓有效承載麵積減小，使得有效（xiào）承載麵積（jī）不（bú）足，直至斷裂，斷口（kǒu）處有明（míng）顯疲勞斷裂的特征。