文档介绍：村料开发与应用笫l9卷第4期螺栓断裂分析文章编号:L093—1545(2004)040028-04 张海峰一,邗建东,郭卫红,张永辉(1西安交通太学,陕磺西安 710049;2洛阳船舶材料研究所,河南洛阳471O39) 摘耍:采用多种分析手段对螺桂断13:I及基体进行分析,井从螺拴的使用环境、受力情况及工作状况分析和探讨了新裂的原因、结果表明,螺挂的断裂是由于缝隙腐蚀弓I起在应力腐蚀段腐蚀疲劳的柞用下最终导致螺栓断裂,是由多种因索综合所致关键词:螺栓;缝隙腐蚀;应力腐蚀;疲劳中图分类号:TGI722 文献标识码:A 射流水翼船(JETFOIL)是一种海上交通工具,、中、小3组前水翼组成,其中中心的一组最大,边缘的一组最小。本文针对某船在使用过程中前水霓固定螺栓中大号螺桂的断裂问题,采用化学分析,力学性能分析及组织结构微观分析等多种手段,对螺栓发生断裂的原因加以分析,以期为螺栓的合理选材提供依据。 1试验方法及结果 l1断口宏观观察图l为大号螺桂及其衬套(右二)的宏观形貌。螺栓直径为22mrn,,断裂成3截,断口处有明显且很深的环状腐蚀,其衬套也有明显的环状腐蚀带,螺栓及螺母的材质不明。肉眼观察4个断口。其形貌可分为2部分, 即黑色腐蚀区域(断口外圈约2~3mm部分)和内部白色断口区域,断口呈棘轮状,实物断口形貌见图2。图l大号螺挂及其衬套断口宏观形貌 12材质定性分析使用能谱仪(EDX)对螺栓、螺母及衬套材质进行初步分析,并对断口上的腐蚀产物进行分析, 结果如表1所示。收稿日期:2004—04—02 图2实物断口形貌维普资讯 第l9卷第4期张海峰等:螺桂断裂分析表1各部位能谱分析结果fu-) % 由此1可见,螺栓材料均为镍基台金。大号螺栓上的螺母材料为钛合金。断口腐蚀产物含有较高的S、C1。 : 大号螺栓的化学分析结果见表2,螺母的化学成分见表3。表2大号螺栓材质化学分析结果) · 表3大螺栓上螺母化学分析结果() % 塑兰试样 594 402 TCA 55~6835~--<--<0.【0 由表2、表3可见,大号螺栓的材质符合Mon— e1K50o规范要求,其螺母上的材质符台TC4的国家标准。 l4力学性能: 表4为太号螺栓拉伸试验结果表4大螺栓原材料拉伸试验结果可见,试样材质性能符台MonelK500规范要求。 : 用线切割切取包含断El的大螺挂金相样品, 分别对径向、轴向进行金相分析。, 裂纹形态上看属于典型的应力腐蚀开裂,如图 3所示。图4为最先产生腐蚀的靠近螺栓外表面的形貌,是均匀腐蚀的等高形貌图5为裂纹形态及走向圈3径向截而裂纹形态 50× 图4均匀腐蚀等商形貌2o(1× 图5裂纹走向(腐蚀状态)100 图6为裂纹尖端的局部放大,可以看到裂纹主要为沿晶形式,也有少量穿晶形式圈7、图8 为轴向截面断口的表面腐蚀形貌、腐蚀空穴及裂纹。图9为内部裂纹形貌及走向。由图9可见两种类型的裂纹,其中较宽的为应力腐蚀裂纹,与其接近垂直的裂纹呈台阶状,具有腐蚀疲劳特征。两个方向的裂纹接近直角,说明受扭转力或互相垂直的两个力。其金相组织为:等轴。相+黑色质点(析出相),晶粒度为lO级,见图l0。旦岍一洲哪一维普资讯 材料开发与应用固6裂纹尖端形貌 400× 图7轴向截面断口表面腐蚀形态 50× 图8轴向截面断口表面腐蚀形貌50× 图l0轴向截面断lEE]处金相组绢 400× l6扫描电镜分析用扫描电子显微镜对腐蚀及断裂部件进行形貌观察分析,发现裂纹起源于螺栓圆周表面,为明显的多源特征,裂纹从外向内扩展,最后断裂厦在断口中部。裂纹源区、、图l2所示。圉儿裂纹源区图l2裂纹扩展区图13、图14为最后断裂区形貌,为韧窝特征, 从图中反映出的金属变形特征可以断定螺栓在最后断裂时受到一定的扭矩作用。 2讨论图9轴向截面断口处应力腐蚀+腐蚀疲势IOD× 第19卷第4期张悔峰等:螺栓断裂舒析 3l 口已不新鲜,而且断裂部位均遭受严重腐蚀,该部位强度大大降低。从上面的分析结果可知:— elK50O合金一致。螺母为钛合金,为TCA。所有 Mone[合金制造的部件均发生了严重的局部腐蚀。。从大螺栓断裂的部位及衬套腐蚀部位看,断裂均发生在安装存在缝隙部位(轴承处),其最初的腐蚀符合缝隙腐蚀?的条件,腐蚀形貌为点蚀、溃疡状,断口四周腐蚀与缝隙腐蚀形貌相同,为缝隙腐蚀当