​U型螺栓斷裂（liè）失（shī）效機理分析與研究...

1 試驗材（cái）料與方法

1.1試驗（yàn）材料

    本文研究的失效螺栓的材料為40Cr，運行時間約為5.1萬（wàn）小時，其化學（xué）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（quē）口深度（dù）為的2mm。

1.2 試樣製備

    用線切割機將斷口（kǒu）切割下來，用（yòng）超聲波清洗10min，再用酒精（jīng）棉球擦拭幹淨，製備掃描（miáo）電鏡試（shì）樣；在螺杆部（bù）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（mó），最後使用機械拋光並用4%硝酸酒精腐蝕，製備金相試樣。

1.3 分析測試方法

    利用 Zeiss Supra40 型掃描電子（zǐ）顯微鏡觀察斷口形貌; 用 MH-3 型顯微硬度（dù）計測試斷口附（fù）近硬度，測試硬度梯度時選用的檢測（cè）加載力為 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（xī）

    在（zài）螺栓（shuān）斷口附近取樣進行化學成分（fèn）分析，結果見表2-1，結（jié）果（guǒ）符合（hé）GB/T 3077-1999[[2]]中（zhōng）規定的40Cr的化學成分要求。

螺栓應力計算

     U型螺（luó）栓在（zài）複（fù）雜工況下受力，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。離心力和向心力大小相等方向相反。    由於風扇葉片並不是均質體（tǐ），為方便計算，假設其重心在（zài）葉片的3/4處，葉片的半（bàn）徑為4.7m，重（chóng）量為163kg，轉速為98.8r/min。將以上數據帶入到公式中（zhōng）算得（dé）向心力為6.1×104N，U型螺栓（shuān）受到的切應力約為86.96MPa，略（luè）低於螺栓的屈服強度。

    U型螺栓在複雜工況下受力，螺紋根（gēn）部等應力集中部位易產生裂紋（wén）等缺陷，在葉片自身（shēn）重力、向心力、離心力等作用下，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（liè），斷口處有明顯疲勞（láo）斷裂的特（tè）征。