(2.101)--材料失效分析作业金属构件失效分析.ppt

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1、青衣2011.05.02 高强度合金钢材质M18 螺栓 失效分析二，分析方法二，分析方法三，结果分析三，结果分析一，案例背景一，案例背景四，改进措施四，改进措施目 录五，案例总结五，案例总结一，案例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ISO 898-1:2009 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。二，分析方法A,A,对断裂批次螺栓进行了化学成分分析、力学性能分析对断裂批次螺栓进行了化学成分

2、分析、力学性能分析 -包括拉伸强度测试、冲击韧性测试、硬度测试包括拉伸强度测试、冲击韧性测试、硬度测试B,B,对断裂批次螺栓进行氢含量测定、并同以往正常服役对断裂批次螺栓进行氢含量测定、并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（裂批次螺栓的材料硅（SiSi）元素含量较高抗拉强度较高）元素含量较高抗拉强度较高而延伸率较低、冲击韧性较低，另外其而延伸率较低、冲击韧性较低，另外其芯部的氢含量约芯部的氢含量约为为 1.9g/g1.9g/g，高于正常螺栓。，高于正常螺栓。C,C,金相分析金相分析 -断裂螺栓的宏观断

3、口断面较平整，存在小面积的断裂螺栓的宏观断口断面较平整，存在小面积的 剪切唇，裂纹源萌生于如图剪切唇，裂纹源萌生于如图 1 1所示的表面区域所示的表面区域。断口宏观形貌 图1-扫描电镜（扫描电镜（SEMSEM）可观察到螺栓断口呈现冰糖状形貌，并伴）可观察到螺栓断口呈现冰糖状形貌，并伴有如图有如图 2 2所示的二次裂纹、鸡爪形及显微孔洞。同批次螺栓力所示的二次裂纹、鸡爪形及显微孔洞。同批次螺栓力学性能拉伸试样断口可观察到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，而放射区相对较大相对较小，而放射区相对较大；冲击试样断口出现准解理开裂；冲击试样断口出

4、现准解理开裂和二次裂纹。结合以上金相分析初步判断属于脆性断裂。和二次裂纹。结合以上金相分析初步判断属于脆性断裂。断口微观形貌 图2三，结果分析综合以上分析结果，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。四，改进措施改进制造热处理工艺，以降低抗拉强度和提高韧性，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；显著降低氢脆敏感性；表面处理工艺采用磷酸锰处理，以降低表面处理工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；艺过程中氢的渗入；螺栓型式改为双头螺柱型式，以改善其受力状态，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。消除螺栓头根部的应力集中。五，案例总结从这个案例可以看出断口金相分析在核设备材料失效分析中有着重要的地位，从断口分析中可以得出很多有用的结论，其为断裂失效分析提供了直观证据，也为螺栓的改进设计与制造提供了有力的指导，此案例也为后续项目的高强度螺栓的采购与使用提供了宝贵的经验。