(2.102)--材料失效分析作业金属构件失效分析.ppt

核电厂核级泵螺栓 断裂失效分析1.背景2.断裂失效分析3.总结4.解决措施1.背景背景某核电厂工程调试期间，核岛安注系统和安全壳喷淋系统泵联轴器的多个联接螺栓发生断裂，断裂部位均 为螺栓头部与杆部结合处。这批次42CD4 高强度合金钢材质 M18 螺栓是按ISO898-1:2009的 12.9 性能等级制 造，表面采用电镀锌加铬酸盐钝化处理。断裂螺栓均加载一定的紧固力矩，使用环境为海边泵房。2.1化学成分分析化学成分分析同以往正常服役批次螺栓备件的相应试验结果进行了比较，对比发现断裂批次螺栓的材料硅（Si）元素含量较 高，另外其芯部的氢含量约为 1.9g/g，高于正常螺栓。2.2力学性能实验力学性能实验对断裂批 次螺栓进行了力学性能分析（包括拉伸强度测试、冲击韧性测试、硬度测试），与正常服役螺栓相比，断裂批次抗拉强度较高而延伸率较低、冲击韧性较低2.3宏观断口形貌分析宏观断口形貌分析断裂螺栓的宏观断口断面较平整，存在小面积的剪切唇，裂纹源萌生于如图 1 所示 的表面区域；同批次螺栓力学性能拉伸试样断口可观察到中心纤维区在断口上所占的比例相对较小，而放射区相 对较大。2.4微观断口形貌分析微观断口形貌分析扫描电镜（SEM）可观察到螺栓断口呈现冰糖状形貌，并伴有如图2 所示的二次裂纹、鸡爪形及 显微孔洞。结合以上分析初步判断属于脆性断裂。3.总结总结综合以上分析结果，判断螺栓断裂的主要原因为：螺栓强度过高、韧性不足，增加了氢脆敏感性，从而导 致在应力集中部位发生断裂。4.解决措施解决措施1.改进制造热处理工艺，以降低抗拉强度和提高韧性，显著降低氢脆敏感性；2.表面处理工艺采用磷酸锰处理，以降低表面处理工艺过程中氢的渗入；3.螺栓型式改为双头螺柱型式，以改善其受力状态，消除螺栓头根部的应力集中。