换热器防腐
热水换热器
气体换热器
新闻动态
换热器螺栓断裂分析点击：1858 日期：[ 2014-04-26 21:39:18 ] |
| 换热器螺栓断裂分析 王利峰1,张建国2,杨庆平1,张武锋1,陆辉1 (1.江苏省机械研究设计院有限责任公司,江苏南京210012; 2.江苏省电力试验研究院有限公司,江苏南京211100) 摘 要:采用宏观观察,化学成分分析,扫描电镜断口观察和能谱分析,显微组织检验等方法对断裂的钣式换热器螺栓进行分析。结果表明:钣式换热器螺栓断裂的原因由于原材料的中心区域存在较密集的条带状成分偏析和非金属夹杂物,并在成分偏析和夹杂物条带上存在横向微裂纹,导致在组装拧紧力的作用下,微裂纹迅速扩展致断。 关键词:螺栓;断裂;成分偏析;非金属夹杂;微裂纹 中图分类号:TH13 文献标志码:B 文章编号: 1671-5276(2011)02-0053-02 0 引言 某厂生产在压紧T20FG板式换热器在装配时,M39×2 250mm拉杆螺栓(8. 8级)发生断裂,断裂位置距螺帽内侧端面928mm处,为找出螺栓断裂的原因,特对断裂螺栓进行了理化检验和分析。 1·理化检验结果 a)宏观断口:对委托单位送来的其中一只断面形态检查,断面垂直于螺栓纵轴线,断口中间较平整,清洗后呈灰白色,未发现宏观冶金缺陷。边缘呈45°左右斜面的剪切唇,断裂由中心向周边扩展呈放射状,如图1所示。 b)化学成分分析:化学质量分数比对表见表1,符合GB/T 3077-1999技术条件要求。 c)硬度测定:从断面附近测定表面和中心的硬度,结果近表面为29.0~29. 5HRC,中心为28. 5~29. 0HRC,均符合GB/T3098.1-2000中,8.8级螺栓性能等级要求。 d)断口扫描电镜检查:将断口清洗后电镜观察,断口中心呈脆性断裂的解理形貌,并有较多的二次裂纹和颗粒状的非金属夹杂物(图2)。而断面的扩展区(断口半径的1/2处)除有解理断裂形貌外,还有明显的撕裂棱和二次裂纹,局部区域非金属夹杂物较多。对夹杂物进行能谱成分测定,结果主要是S,i Fe,O,A,l K,Ca等元素的硅酸盐类夹杂。断口外缘剪切唇呈拉长的剪切韧窝状形貌。 e)金相检查: 1)钢中非金属夹杂物检查[1]:从断裂螺栓上切取的样品纵向磨制抛光后观察非金属夹杂物,按GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》标准A法评定,结果断裂螺柱A类夹杂为2. 5级, C类夹杂为3级,B类和D类为1级。 2)钢的晶粒度检查:从断裂螺栓上取样,经磨制抛光浸蚀后观察晶粒度,并按GB/T 6394-2002标准评定,结果晶粒度为9~10级。 3)显微组织检查:显微组织为回火索氏体,特别在中心区域纵向条带状偏析较严重,条状硫化物分布在深褐色组织内(图3)。经轻浸蚀后,在合金元素较高的条带上由于抗蚀性较好,而成亮灰色并呈现出横向的微裂纹(图4、图5),亮灰色条带经显微硬度测定硬度较高(339HV 0. 1相当于36. 0HRC),而其周围基体硬度相对较低(277HV0. 1相当于29. 0 HRC)。在中心区域长条状粗系硅酸盐夹杂物上也出现了密集状的横向微裂纹(图6),说明合金元素较多的条带和硅酸盐夹杂物塑性变形比基体差,在螺栓原材料金属变形过程中,形成了密集的微裂纹。把螺栓从中心剖开纵向磨样浸蚀后观察,可以清晰地看到纵向成分偏析最严重区主要在中心区,这从螺栓断口看到的裂源由中心形成,呈放射状向外扩展的特征相吻合。 2·检查结果分析 40Cr钢螺栓经调质处理后其综合机城性能较好,当螺栓在安装拧紧时,应受到一个较大的纵向拉伸应力,一般螺栓的螺纹根部为应力集中的最大处。若拧紧力过大呈过载状态时,易在螺栓的螺纹根部出现裂纹源,然后向中心扩展致断,其断口形态一般呈纤维状,在扫描电镜下断口呈现出韧窝形貌。而该断裂螺栓断裂源处于中心区域,然后向外扩展致断,断口较平整呈脆性形态,在扫描电镜下为解理断裂形貌。边缘瞬时断裂时的剪切唇部位,出现拉长形的韧窝形貌。在金相检查中,可看到螺栓中心区域有较严重的条带状成分偏析,金属材料中,非金属夹杂物及脆性析出相颗粒(或异相颗粒)是微孔形成的核心[2],在合金元素偏析较严重的高硬度区和塑性较差的夹杂物条带中都出现微裂纹,说明钢材在冷拔时的金属变形过程中,表层和基体金属塑性较好,变形较快,而中心合金偏析区的高硬度处,塑性较差。冷拔时,在表层和基体塑性变形的拉伸牵制作用下,使塑性较差的高硬度条带和夹杂物处出现细小的横向裂纹。装配时,螺栓在拧紧拉伸应力作用下,中心区的横向微裂纹两端将形成应力的高度集中,导致微裂纹的迅速扩展,直至整个螺栓的脆性断裂。 3·结论 螺栓在装配过程中发生断裂的原因是:由于原材料的中心区域存在较密集的条带状成分偏析和非金属夹杂物,并在成分偏析和夹杂物条带上存在横向微裂纹,导致在组装拧紧力的作用下,微裂纹迅速扩展致断。 4·改进措施 偏析对金属的性能有不利的影响,应加以控制。根据偏析的形成机理可以在提高冷却速度、使用合理的金属锭(坯)、引入机械和电磁力的作用等方面对偏析加以控制[3],加强原材料品质检验,防止钢中非金属夹杂和成分偏析严重的材料投入生产。 参考文献: [1]蔡宏伟.理化检验人员培训系列教材金相检验[M].北京:中国计量出版社, 2008. [2]李智博,郭键,等. 45A圆钢矫直断裂原因分析[J].理化检验物理分册2005(41)增刊: 534. [3]赵俊学,张丹力,马杰,等.冶金原理[M].西安:西安工业大学出版社, 2003. |
| 上一篇：空调换热器的机械物理法回收工艺研究 | 下一篇：中压煤粉锅炉尾部受热面低温腐蚀的防治 |