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發動機底座高強度六角頭螺栓斷裂的失效分析
日期:2016-5-13   閱讀:1857次

    某緊固件廠出產的一批規范為M12X30mm、性能等級為12.9級的六角頭螺栓,資料為42CrMo鋼,制作規范為GB/T5782-2000,螺栓外表經發黑處理,其制備技術為盤條球化退火―酸洗―磷化―皂化―冷拔―冷鐓成型螺紋加工―清洗―熱處理―水洗―氧化(發黑)―水洗―浸防銹油。該螺栓為發起機底座螺栓,在某發起機上裝置了8枚,裝置24h后發現有2只螺栓開裂,因為發現及時,盡管沒有形成發起機部件嚴峻受損,但也影響了發起機的正常工作。為了避免螺栓開裂的再次發作,作者對該螺栓的失效因素進行了剖析。

    1理化查驗與成果由可見,螺栓斷口平齊,無塑性變形,斷面與軸線筆直,為脆性斷口,在斷口鄰近無顯著的腐蝕痕跡。用線切割從試樣斷口處切取一塊試樣,先用酒精清洗,然后使用超聲波清洗機在丙酮溶液中清洗20min,再經去離子水清洗后枯燥,調查該斷口的描摹,并剖析其化學成分。以筆直于裂紋源斷面方向的旁邊面作為金相試樣的端面,機械磨拋后再用體積分數為4%的硝酸酒精溶液腐蝕,調查其顯微安排并測其硬度。

    較多的細小發紋穿過晶界拓展,且有較多的撕裂棱,這是氫脆斷口的典型微觀特征,拓展區發現有類似于準解理開裂的河流狀把戲,其開裂機制也歸于解理開裂,見。高倍下可見瞬斷區微觀描摹為剪切韌窩,見(d)。

    1.3顯微安排沿螺栓中心線縱向截取試樣,經過熱鑲嵌法制成金相試樣。選用4XC型光學顯微鏡對顯微安排進行調查。由可見,螺栓各部分的安排完全相同,均為回火索氏體安排,為正常的平衡安排。螺栓外表有0.1mm深的滲碳層,說明該螺栓的外表硬度較高。螺紋根部有條直裂紋,裂紋沿晶開裂,不分叉。

    1.4硬度選用TH300型硬度計對失效螺栓的螺紋根部、外表和心部進行硬度測驗,按GB/T3098.1―2000請求進行。螺栓外表硬度為518HV0.3,比心部硬度高約80HV0.3(心部請求硬度的規模為385435HV0.3),不符合規范請求;而螺栓的心部硬度為434HV10,盡管符合請求,可是總體水平挨近硬度上限,個別點超越硬度上限。表1為失效螺栓螺紋根部的硬度。

    1.5化學成分使用直讀光譜儀對螺栓的化學成分進行剖析,由表2可見,失效螺栓的化學成分符合GB/T3077表1失效螺栓螺紋根部的硬度表2失效螺栓的化學成分(質量分數)條件檢查值一1999的規則。

    1.6氫含量在螺栓螺紋段距離外表03mm的區域取樣,選用H-3000型定氫儀測定氫含量。成果顯現,失效螺栓試樣的氫含量為10mgkg1,而正常螺栓的氫含量應小于3mgkg1,這說明開裂螺栓亞表層區域的氫含量較高。

    2開裂因素剖析失效螺栓的安排為回火索氏體,螺栓斷口微觀存在亮光區,微觀存在“雞爪狀”描摹,螺紋根部的沿晶裂紋不分叉,這些都是氫脆的典型特征。螺栓裝置后存放時受拉應力效果,因為螺紋根部存在應力會集,這就使得此處的受力狀況愈加惡劣。

    依據以上栓驗成果,依照對氫脆開裂失效的判據,該12.9級高強度螺栓的失效應歸于氫脆開裂。首要,在各種不一樣的顯微安排中,對氫脆靈敏性從大到小的通常次序為馬氏體、上貝氏體(粗大貝氏體)、下貝氏體(細貝氏體)、索氏體、珠光體、奧氏體,因此螺栓的索氏體安排是氫脆靈敏安排。其次,強度大于1200MPa時,資猜中的氫含量在5kg1時即可致使氫脆;依據硬度及氫含量的測驗成果,推算其抗拉強度達到了1200MPa,亞表層氫含量為10mgkg1;正常狀況下,該螺栓的抗拉強度為1000MPa,外表硬度和心部硬度適當,因為失效螺栓可能因熱處理不妥而致使強度過高,內外硬度區別較大,從而對氫脆的靈敏性增加。

    再次,螺栓遭到的工作應力首要是靜拉應力,在螺紋根部存在應力會集。終究,氫脆開裂微觀斷口外表清洗,無腐蝕產品,斷口平齊,有放射把戲;氫脆微觀斷口為沿晶開裂,晶粒輪廓顯著,晶界上伴有變形線(發紋線或雞爪痕),二次裂紋較少,撕裂棱或韌窩較多,這些特征在失效螺栓上都能找到。

    戴樂陽,等:某油輪輔鍋爐過熱器爆管的因素過熱器管的安排卻發作了顯著的珠光體球化,并存在較多的沿晶蠕變裂紋(如所示),這表明鍋爐有長時間超壓或過熱運轉的可能。經查詢輪機員得悉,該鍋爐有時的確存在超壓運轉的狀況,首要是因為有些港口駁油使命對比嚴峻,常常催促船員迅速工作。別的,爆管外壁有顯著的氧化,內壁有較嚴峻的結垢,這些均會加劇管壁溫度超高,使得失效管長時間超溫,終究發作安排老化乃至部分脫碳,使其耐久強度下降。別的,因為油輪鍋爐水的含油概率較大,因此其過熱器管內壁垢層簡單在部分堆聚,并且脫落的垢層也簡單互相粘結積累,致使鋼管部分流通面積變小乃至阻塞,這可能是該失效管爆口位部分過熱更為直接的因素。

    另一方面,因為爆管內壁脆性垢層的熱脹大系數不一樣于管壁基體金屬的,因此在交變熱應力效果下易于開裂,繼而被蒸汽沖刷剝離。當垢層裂開后,管內熱水經過垢層裂縫俄然接觸到高溫管壁驟然汽化,發作了部分脹大壓力。這種交變的脹大壓力致使管壁基體資料發作損壞,在基體強度已然下降的爆口位外壁誘發縱向裂紋,并逐步向內壁拓展。而結垢層剝離處的鋼管內壁簡單遭到蒸汽腐蝕誘發應力會集,繼而在垢層爆裂處的內管壁也逐步萌生出很多縱向微裂紋。在鋼管外壁和內壁縱向裂紋的長時間一起效果下,管壁有用厚度減小,當減小到必定程度后,該過熱器管就會發作長時超溫爆管事端。

    3定論與主張該油輪輔鍋爐過熱器管因為長時間超溫運轉,致使鋼管基體安排珠光體球化,并發作蠕變損害,鋼管耐久強度下降,一起管內的結垢加劇了鋼管的過熱,終究致使爆管。

    在油輪輔鍋爐的運轉辦理中,應該嚴格請求輪機員依照升壓曲線進行啟動升壓,禁止趕火升壓等不正常工況的呈現;其次,要堅持定時化驗水質、投進爐水處理劑以減少結垢,還要特別加強凝水調查柜的調查,避免貨油滲漏經回水管流到熱水井,污染鍋爐水并加劇結垢,進而下降水管的傳熱效率,形成長時間超溫。

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