​U型螺（luó）栓斷裂失效機理分析與（yǔ）研究...

1 試驗材料（liào）與方（fāng）法

1.1試驗材料

    本文研究的失效（xiào）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φ5mm的棒狀拉伸試樣，衝擊試驗（yàn）的試樣規格為55×10×10mm、U型缺（quē）口深度為的2mm。

1.2 試樣製備

    用線切割機將斷口切割下來，用超聲波清洗（xǐ）10min，再（zài）用酒精棉球擦拭幹淨（jìng），製備掃描電鏡試樣；在螺杆部（bù）位分別（bié）取樣製（zhì）作衝（chōng）擊及拉伸試樣，試樣不應該有尖銳毛刺（cì）等缺（quē）陷存在；使用砂輪機將斷麵打平，並且用不同粗細（xì）的砂紙進行研磨，最後使用機械拋光並用4%硝（xiāo）酸酒精腐蝕，製備金相試樣。

1.3 分析測試方法

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

2試（shì）驗結果與分析

化學成分分析

    在螺栓斷口附近取樣（yàng）進行化（huà）學成分分析，結果見表2-1，結果（guǒ）符合GB/T 3077-1999[[2]]中規定的40Cr的化學成分要（yào）求。

螺栓（shuān）應力（lì）計算

     U型螺栓在複雜工（gōng）況下受力，主要受到葉片自身重力、離心（xīn）力等作用，最主要的是在運行過程中的離（lí）心力的剪切應力。離心力和向心力大小相等方向（xiàng）相反。    由於風扇葉（yè）片並不是（shì）均質（zhì）體，為方便計算，假設其重心在葉片的（de）3/4處，葉片的半徑為4.7m，重（chóng）量為163kg，轉速為98.8r/min。將以上數據帶入（rù）到公式中（zhōng）算得向心力為6.1×104N，U型螺栓受到的切應力約為86.96MPa，略低於螺栓的屈服強度（dù）。

    U型（xíng）螺栓在複雜工況下受力，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（shēn）重（chóng）力、向心（xīn）力、離心力（lì）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。