針對某廠水處理站服役4年便發(fā)生早期斷裂失效的40Cr螺栓,采用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能檢測、掃描電鏡以及光學(xué)顯微鏡等方法對其斷裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,斷裂起源于第二道螺紋根部,該處存在多道次焊接是引起疲勞斷裂的誘因;軸的心部組織是珠光體+網(wǎng)狀鐵素體,屬未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的原材料組織,其力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度不能滿足使用要求;疲勞源處發(fā)現(xiàn)硬脆相馬氏體組織,與軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不同心(偏心)產(chǎn)生交變應(yīng)力的共同作用下使裂紋快速擴(kuò)展直至斷裂。

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【部分圖文】：

圖1螺栓的斷口及斷口的側(cè)面弧坑和焊疤缺陷形貌

該螺栓直徑約為60mm,在距光滑段的第二個(gè)螺紋齒根處斷裂,圖1為螺栓的斷口及斷口的側(cè)面弧坑和焊疤缺陷形貌,圖1(a)可見存在兩個(gè)疲勞區(qū),其中一個(gè)較大的疲勞區(qū)占總軸周長的1/3,疲勞擴(kuò)展深度達(dá)8.1mm,另一疲勞區(qū)大約占總軸周長的1/6,疲勞擴(kuò)展深度達(dá)6.6mm。疲勞擴(kuò)展區(qū)呈....

圖2軸兩側(cè)表面光亮帶磨損宏觀形貌對比

同時(shí)還發(fā)現(xiàn)斷軸光滑段上有兩個(gè)與軸套匹配形成的周向光亮帶,而在兩光亮帶之間存在多條深淺不一的沿周向磨損的凹槽,經(jīng)測定凹槽磨損最嚴(yán)重的部位深度為1.14mm,沿軸向側(cè)一側(cè)凹槽被部分磨光而另一側(cè)凹槽未被磨損(見圖2),說明有磨粒與軸摩擦形成凹槽,同時(shí)軸存在偏心現(xiàn)象。2.2化學(xué)成分

圖3典型夾渣形貌

在斷口疲勞源部位取金相試樣,發(fā)現(xiàn)試樣焊疤周圍存在聚集分布的深灰色夾渣,最大尺寸達(dá)55μm,該夾渣破壞了金屬的連續(xù)性,減少了焊縫截面積,降低了承載能力,當(dāng)螺栓受載荷特別是交變載荷時(shí),造成應(yīng)力集中,易引起裂紋,典型夾渣物形貌見圖3。圖4為疲勞源區(qū)及焊疤處組織形貌,在金相顯微鏡下觀察....

圖4疲勞源區(qū)及焊疤處組織形貌

圖4為疲勞源區(qū)及焊疤處組織形貌,在金相顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),試樣裂紋源區(qū)發(fā)現(xiàn)寬度約為1.2mm和0.9mm的馬氏體帶(分別見圖4(a)、圖4(b)),這種組織將使鋼的脆性增大,內(nèi)應(yīng)力也較大,在使用時(shí)易發(fā)生開裂。出現(xiàn)這種組織的原因是由于螺栓在使用運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生劇烈摩擦磨損,隨著....

本文編號：3970314