​U型螺栓斷裂失效（xiào）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（wéi）φ5mm的棒狀拉伸試（shì）樣，衝擊試（shì）驗（yàn）的試（shì）樣規格（gé）為55×10×10mm、U型缺口深度為的2mm。

1.2 試樣製備

    用線切割機將（jiāng）斷口切割（gē）下來，用超聲波清洗10min，再用酒精棉球擦拭幹（gàn）淨（jìng），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（shì）樣（yàng），試樣不應該有（yǒu）尖銳毛刺（cì）等缺陷存在（zài）；使用砂（shā）輪（lún）機將斷麵打平（píng），並且用不同粗細的砂紙（zhǐ）進行研磨，最後使用機械拋光並用4%硝酸酒精腐（fǔ）蝕，製備（bèi）金相試樣。

1.3 分析測試方法

    利用（yòng） Zeiss Supra40 型掃描電子顯（xiǎn）微鏡觀察斷口形貌; 用 MH-3 型（xíng）顯（xiǎn）微硬（yìng）度計測試斷口附近硬度（dù），測試硬度梯度時選（xuǎn）用的檢測加（jiā）載力為 200 g，加載時間為（wéi） 5 s，利用台式顯微鏡進行金相組織觀察，使用萬能拉伸試（shì）驗機（jī）進行室溫（wēn）拉伸試驗，衝（chōng）擊試驗在擺（bǎi）錘式衝擊（jī）試驗機上進行。

2試驗結果與分析

化（huà）學成分分析

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

螺（luó）栓應力計算（suàn）

     U型螺栓在複雜工況下受力，主要受到葉片自（zì）身重力（lì）、離心力等作用，最主要的（de）是在運行過程中的離心力的剪切應力。離心力和向心力（lì）大（dà）小相等方向相反。    由於（yú）風扇葉片並不是（shì）均質體，為方便計算（suàn），假設其重心在葉片（piàn）的3/4處，葉片的（de）半徑（jìng）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，略低於螺栓（shuān）的屈服強度。

    U型螺栓在複雜工況下受力，螺紋根部等應力集中部位易產生裂紋等缺陷，在葉片自身重力、向心力、離心力等作用下，缺陷逐漸向外擴展，造成（chéng）螺栓有效承載（zǎi）麵積減小，使得有效承載麵（miàn）積不足，直至斷裂，斷（duàn）口處（chù）有明顯疲勞斷裂（liè）的特征。