​U型螺栓斷裂失效機理分析（xī）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（liào）為40Cr，運行時間（jiān）約為5.1萬小時，其化學（xué）成分見表1-1。拉伸試驗（yàn）為φ5mm的棒狀（zhuàng）拉伸試樣，衝擊試驗的試樣規格為（wéi）55×10×10mm、U型缺口深度為的（de）2mm。

1.2 試樣製備

    用線切割機將斷口切割下來，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（bié）取樣製作衝擊及拉（lā）伸（shēn）試樣，試樣不（bú）應該有尖銳毛刺等（děng）缺陷（xiàn）存在；使用（yòng）砂輪機將斷麵（miàn）打平，並且用不同粗細的砂紙進行研磨，最後使用機械拋光並用4%硝酸酒精腐蝕，製（zhì）備金相試樣。

1.3 分析測試（shì）方法

    利用 Zeiss Supra40 型掃描電子顯微鏡觀察斷（duàn）口形貌（mào）; 用 MH-3 型顯微硬度計測試斷口附近硬度，測試硬度梯度時選用（yòng）的（de）檢測加載力為 200 g，加載（zǎi）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（lā）伸試驗機進行室溫拉伸試（shì）驗，衝擊試驗在（zài）擺錘式衝擊試驗機上進行。

2試驗結果與（yǔ）分析

化學成分（fèn）分析

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

螺栓應力計算

     U型螺栓在複雜工況下受力（lì），主要受到葉片自身重力、離心（xīn）力等作用，最主（zhǔ）要的是在（zài）運（yùn）行過程中的離心力的剪切應（yīng）力。離心力和向心力大（dà）小相等方向相反（fǎn）。    由於風扇葉片並不（bú）是（shì）均質體，為方（fāng）便計算，假設其重心在葉片的3/4處，葉片（piàn）的半（bàn）徑為4.7m，重量為163kg，轉速為（wéi）98.8r/min。將以上數據帶入到公式中算（suàn）得向心力為6.1×104N，U型螺栓受到的切應力約為86.96MPa，略低於螺栓的屈服強（qiáng）度。

    U型螺（luó）栓（shuān）在複雜（zá）工況下受力（lì），螺紋根部等應力集中部位易產生裂紋等缺陷（xiàn），在葉片自身重力、向心力、離心力等作用下，缺陷逐漸向外（wài）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，斷（duàn）口處（chù）有明顯疲勞（láo）斷裂的特征。