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(xué)成分見表1-1。拉伸試驗為φ5mm的棒狀拉伸試樣，沖擊試驗的試樣規(guī)格為55×10×10mm、U型缺口深度為的2mm。

1.2 試樣制備

    用線切割機將斷口切割下來，用超聲波清洗10min，再用酒精棉球擦拭干凈，制備掃描電鏡試樣；在螺桿部位分別取樣制作沖擊及拉伸試樣，試樣不應(yīng)該有尖銳毛刺等缺陷存在；使用砂輪機將斷面打平，并且用不同粗細(xì)的砂紙進(jìn)行研磨，最后使用機械拋光并用4%硝酸酒精腐蝕，制備金相試樣。

1.3 分析測試方法

    利用 Zeiss Supra40 型掃描電子顯微鏡觀察斷口形貌; 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的檢測加載力為 200 g，加載時間為 5 s，利用臺式顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察，使用萬能拉伸試驗機進(jìn)行室溫拉伸試驗，沖擊試驗在擺錘式?jīng)_擊試驗機上進(jìn)行。

2試驗結(jié)果與分析

化學(xué)成分分析

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

螺栓應(yīng)力計算

     U型螺栓在復(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(yīng)力。離心力和向心力大小相等方向相反。    由于風(fēng)扇葉片并不是均質(zhì)體，為方便計算，假設(shè)其重心在葉片的3/4處，葉片的半徑為4.7m，重量為163kg，轉(zhuǎn)速為98.8r/min。將以上數(shù)據(jù)帶入到公式中算得向心力為6.1×104N，U型螺栓受到的切應(yīng)力約為86.96MPa，略低于螺栓的屈服強度。

    U型螺栓在復(fù)雜工況下受力，螺紋根部等應(yīng)力集中部位易產(chǎn)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，造成螺栓有效承載面積減小，使得有效承載面積不足，直至斷裂，斷口處有明顯疲勞斷裂的特征。