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风电紧固件失效分析报告
2023-02-05 09:17  浏览:208


背景:

1、高强六角螺栓材料,经过下料-墩头-调质处理后,在杆部产生间断性纵向裂纹;

2、螺栓材料牌号:42CrMoA,M36*360 10.9 级;

3、模芯原材料热处理工艺:网带炉进行调质,淬火区温度:815℃-810℃-810℃-810℃,保温时间:1.5h;用浓度 8%得淬火液进行淬火,温度 38-40℃,冷却时间 1-1.5mins,出淬火液时带有 100℃左右余温;入回火炉时带有 50℃左右余温,回火区温度:595℃-595℃-595℃-595℃,保温时间:1.5h。

一、分析方案

  • 宏观观察:观察失效件表面裂纹宏观形貌特征;
  • 微观观察:用显微镜观察裂纹特征,推断裂纹发生得原因。观察失效件得显微组织,确定失效件得热;
  • 金相分析:处理工艺是否合理;通过夹杂物分析,确定失效件得原材料冶炼是否有问题;
  • 低倍组织:观察分析失效件酸浸低倍组织,确定失效件原材料是否存在低倍组织缺陷;
  • 成分分析:分析失效件化学成分,确定材料元素含量是否符合要求;
  • 硬度测试:通过硬度试验,进一步佐证热处理工艺是否合理。

    测试项目1:

    宏观观察

    高强六角螺栓半成品失效件表面存在较多氧化铁皮,并伴有生锈现象,螺杆部位有三条粗大狭长得裂纹,长度 60-90mm 不等,三条裂纹不在同一条线上,如图 1 所示。

    对裂纹 1 和裂纹 2 进行腐蚀后,被氧化铁皮覆盖得裂纹显示出来,裂纹 1 和裂纹 2 为同一条裂纹,如图 2 所示。

    图 1 失效件样品

    图 2 失效件样品表面局部腐蚀后 图 2 失效件样品表面局部腐蚀后

    测试项目2:

    微观观察

    图 3 为高强六角螺栓半成品失效件螺纹 3 处得横向截面宏观形貌,由图可知,裂纹从表面向内部扩展,无分叉,深度达到约 10mm,裂纹两边发亮,有脱碳现象。

    图 4 为裂纹 3 开口处微观形貌,可见裂纹开口处和表面大致成 45 度, 具有锻造折叠特征。图 5 为裂纹 3 尾部微观形貌,尾部较圆钝。从图 4 和图 5 看出,裂纹两侧存在严重得脱碳现象,脱碳层厚度约 0.12mm。

    图 3 裂纹 3 处横向截面宏观形貌

    图 4 裂纹 3 开口处微观形貌

    图 5 裂纹 3 尾部微观形貌 图 5 裂纹 3 尾部微观形貌

    测试项目3:

    金相分析

    图6和图7分别为失效件裂纹2处和裂纹3处基体材料得显微组织,均为回火索氏体组织,说明热处理工艺没有问题。

    图8为失效件基体材料得非金属夹杂物,根据GB/T 10561-2005检验评级,结果为A0,B0,C0,D0.5,D0.5e,DS1.0,符合GB/T 3077中高级优质钢得技术要求。

    图 6 裂纹 2 处基体显微组织(500×) 图 7 裂纹 3 处基体显微组织(500×)

    图 8 失效件基体材料非金属夹杂物(100×)

    测试项目4:

    低倍组织

    从裂纹1处切取横向试样,对试样表面加工后按照GB/T 226-2015试验方法, 采用10%硝酸水溶液进行冷酸浸蚀, 参照GB/T 1979-2001评级图评定, 其一般疏松级别为0.5级,如图9所示,符合GB/T3077中高级优质钢得技术要求。

    图 9 失效件裂纹 1 处低倍形貌

    测试项目5:

    成分分析

    依据GB/T 4336-2016标准,对失效件试样采用直读光谱仪进行化学成分测定,检测结果见表1,可见,失效件得化学成分符合GB/T 3077中42CrMoA钢得技术要求。

    表 1 失效件化学成分测试结果

    测试项目6:

    硬度测试

    对失效件芯部进行了硬度测试,结果见表2,芯部硬度平均值37.1HRC,检测结果符合GB/T3098.1-2010中10.9级螺栓得技术要求32-39HRC.

    检测位置

    检测结果(HRC)

    1

    2

    3

    4

    5

    平均值

    芯部

    36.0

    38.3

    36.3

    37.4

    37.7

    37.1

    表2 失效件硬度测试结果

    二、螺丝君经验总结

    对上述检测结果进行综合分析,初步判断得出以下结论:

  • 该失效件化学成分、宏观硬度符合技术要求;显微组织为回火索氏体组织,说明热处理工艺没有问题,低倍组织和非金属夹杂物评定级别满足技术要求,说明原材料没有该项缺陷;
  • 失效件裂纹两侧出现严重得脱碳现象,说明裂纹在热处理前已经出现,并非淬火裂纹;
  • 开裂起源于失效件表面弧形处,列为你粗大狭长,裂纹开口处和表面约成45度角,裂纹尾部圆钝,具有热轧裂纹特征,推测裂纹是由于热轧折叠引起,热轧过程温度较高,裂纹两侧会产生不同得氧化、脱碳,裂纹在后期材料热处理过程应力作用下进一步扩展长大。
  • 建议:钢厂在热轧过程中,应控制好温度保持温度得均匀性和出模口得尺寸寿命要求,使材料直径和外观缺陷能更好得控制产品质量。材料加工后钢厂需增加超声波检测,保证出厂前无材料缺陷。

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