​U型螺栓（shuān）斷裂失效機理分析與研究...

1 試驗材料與方法

1.1試驗材料

    本文研究的失效螺（luó）栓的材料為40Cr，運行時間約為5.1萬（wàn）小時，其化學成分見表1-1。拉伸試驗為φ5mm的棒狀拉伸試樣，衝擊試驗的試樣規格為55×10×10mm、U型缺口深度為的（de）2mm。

1.2 試樣製備（bèi）

    用線切割機將斷（duàn）口切（qiē）割下來，用超聲波（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陷存在；使用砂輪機將（jiāng）斷麵打平（píng），並且用不同（tóng）粗細的砂紙進行研磨，最後使用機械拋光並用4%硝酸（suān）酒精（jīng）腐蝕，製備（bèi）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 型顯微硬度計測試斷口（kǒu）附近硬（yìng）度（dù），測試硬度梯度時選用的檢測加（jiā）載力為 200 g，加載時間為 5 s，利用台式顯微鏡進行金相組織觀察，使用萬（wàn）能拉（lā）伸試驗機進行室溫（wēn）拉伸試驗，衝擊試驗在擺錘式衝擊試驗機上進行。

2試驗結果與分析

化學成分分析

    在（zài）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（luó）栓應力計算

     U型螺栓在複雜工況下（xià）受力，主要受到葉片自身重力、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（xiàng）心力大（dà）小相等方向相反。    由於風扇葉片並不是均質體，為方便計算，假（jiǎ）設其重心在葉片的3/4處，葉片的半（bàn）徑為4.7m，重量為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（luó）栓的屈服強度。

    U型螺栓在複雜工況（kuàng）下（xià）受力，螺紋根部等應（yīng）力集中部位易產生裂（liè）紋等缺陷，在葉片自身（shēn）重力、向心力、離心力等（děng）作用下，缺（quē）陷逐（zhú）漸向外擴展，造（zào）成螺栓有效承載麵積減小，使得有效承載麵（miàn）積不足，直（zhí）至斷裂，斷口處有明顯疲勞斷裂的特征。