20鋼吊環(huán)螺釘斷裂分析

王建奇　李海霞　王梅英　張小伍

(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江150046)

?

20鋼吊環(huán)螺釘斷裂分析

王建奇李海霞王梅英張小伍

(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江150046)

通過對20鋼吊環(huán)螺釘?shù)暮暧^檢查、化學(xué)成分、金相顯微組織、斷口形貌以及斷口微區(qū)成分等進(jìn)行分析，確定了吊環(huán)螺釘?shù)臄嗔言?。結(jié)果表明：吊環(huán)螺釘斷裂的性質(zhì)為脆性斷裂，吊環(huán)螺釘裝卡不當(dāng)、螺紋處加工質(zhì)量不高以及材質(zhì)上的不足是吊環(huán)螺釘斷裂的主要原因。

20鋼；吊環(huán)螺栓；斷裂

20鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼，其強(qiáng)度低，韌性、塑性和焊接性均好，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件[1]。吊環(huán)螺栓簡稱吊環(huán)，屬于吊鉤的一種，是起重機(jī)械中常用的一種吊具，但吊環(huán)選材不當(dāng)或加工質(zhì)量不好時(shí)可能會(huì)造成吊環(huán)破壞，引起吊物墜落，帶來嚴(yán)重后果[2]。2012年7月，某電廠機(jī)組安裝過程中，在現(xiàn)場吊裝隔板套時(shí)，吊環(huán)螺釘發(fā)生斷裂，規(guī)格為M42，吊環(huán)螺釘螺紋部分長80mm(未見退刀槽)。為了查明吊環(huán)螺釘?shù)臄嗔言颍瑢嗔咽ЪM(jìn)行了檢驗(yàn)和分析，斷裂吊環(huán)螺釘形貌見圖1。

1　理化檢驗(yàn)

1.1化學(xué)成分分析

20鋼吊環(huán)螺釘?shù)幕瘜W(xué)成分分析結(jié)果見表1。由表1可見，吊環(huán)螺釘?shù)幕瘜W(xué)成分符合GB/T699—1999的要求。

圖1　斷裂吊環(huán)螺釘形貌Figure 1　The fracture appearance of lifting eye bolt

1.2力學(xué)性能

對20鋼吊環(huán)螺釘進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見表2，發(fā)現(xiàn)吊環(huán)螺釘屈服強(qiáng)度不符合GB/T699—1999中的規(guī)定值。

1.3金相檢驗(yàn)

在吊環(huán)斷口處截取縱向試樣，拋光后在光學(xué)顯微鏡下觀察金相照片，見圖2。從圖2可見，20鋼吊環(huán)螺釘?shù)慕鹣鄼z驗(yàn)結(jié)果符合GB/T825—1988中的技術(shù)要求，但吊環(huán)螺釘純凈度不高，存在較多夾雜物[3]。

表1　吊環(huán)螺釘?shù)幕瘜W(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1　Chemical composition oflifting eye bolt (mass fraction, %)

表2　吊環(huán)螺釘?shù)牧W(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 2　The results of mechanicalproperty test of lifting eye bolt

圖2　吊環(huán)螺釘金相組織Figure 2　The metallographic structure of lifting eye bolt

(a) 吊環(huán)螺釘斷裂位置

(b) 吊環(huán)螺釘斷口宏觀形貌圖3　吊環(huán)螺釘斷裂位置和斷口宏觀形貌Figure 3　The fracture position andmacroscopic appearance of lifting eye bolt

1.4粗糙度檢查

對20鋼吊環(huán)螺釘螺紋部分粗糙度進(jìn)行檢查，檢查后發(fā)現(xiàn)吊環(huán)螺栓螺紋加工較為粗糙，牙側(cè)有很多加工刀痕，吊環(huán)螺紋部分粗糙度為12.5μm，不符合GB825—1988中粗糙度為6.3μm的規(guī)定。

2　斷口分析

2.1斷口宏觀分析

吊環(huán)螺釘斷口宏觀形貌如圖3所示。斷裂位置距端部為50mm，斷面較為平坦，斷口較為新鮮，呈銀灰色，有白亮色小刻面，斷口從吊環(huán)螺釘螺紋牙底起裂，有明顯的發(fā)散棱線，沒有明顯的塑性變形。

2.2斷口微觀形貌分析

在SUPRATM55掃描電子顯微鏡下觀察吊環(huán)螺釘斷面微觀形貌，用QUANTAX200能譜分析儀對斷面進(jìn)行X-ray微區(qū)成分分析。斷面微觀形貌見圖4。能譜分析測試圖見圖5。測試結(jié)果見表3。吊環(huán)螺釘斷口都為解理斷口，典型的脆性斷裂，斷面上有夾雜物存在。

3　分析與討論

(1)從吊環(huán)螺釘?shù)臄嗫诜治鰜砜矗醐h(huán)螺釘為脆性斷裂，螺紋牙底有加工刀痕，牙側(cè)加工很粗糙，不符合GB825—1988中粗糙度規(guī)定，這就增加了螺紋處的應(yīng)力集中效應(yīng)[4]。

(2)從吊環(huán)螺釘?shù)臄嗔盐恢脕砜?，吊環(huán)螺釘斷裂剩余螺紋部分約30mm，斷裂位置為吊環(huán)螺釘螺紋旋進(jìn)隔板套螺孔的邊緣位置，起吊隔板套時(shí)會(huì)增加吊環(huán)螺釘螺紋旋緊隔板套螺孔的邊緣位置的受力。

(a)斷口源區(qū)形貌

(b)斷口微觀形貌圖4　斷口源區(qū)形貌和微觀形貌Figure 4　The macroscopic appearance andmicroscopic appearance of fracture

圖5　斷口夾雜物能譜測試圖Figure 5　The energy spectrum of fracture inclusion表3　斷口夾雜區(qū)能譜測試結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3　The tested results of energy spectrum offracture inclusion area(mass fraction, %)

FeOCMnSSiCaS18.434.736.2952.8316.071.120.5416.07

(3)從吊環(huán)螺釘?shù)牟馁|(zhì)檢驗(yàn)來看，吊環(huán)螺釘?shù)那?qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求，金相檢驗(yàn)及能譜測試可見吊環(huán)螺釘鋼存在大量的夾雜物，這些因素都降低了吊環(huán)螺釘?shù)某休d能力。

(4)吊環(huán)螺釘起吊隔板套時(shí)，吊環(huán)螺釘螺紋旋緊隔板套螺孔的邊緣位置受沖擊載荷的作用，再加上螺紋處的應(yīng)力集中效應(yīng)及材質(zhì)的不足，使吊環(huán)螺釘工作時(shí)發(fā)生脆性斷裂。

4　結(jié)論

(1)吊環(huán)螺釘裝卡不當(dāng)、螺紋處加工質(zhì)量不高以及材質(zhì)不足是吊環(huán)螺釘斷裂的主要原因。

(2)建議吊環(huán)螺釘?shù)难b卡要靠近螺紋末端，提高吊環(huán)螺釘加工質(zhì)量和嚴(yán)把材質(zhì)檢驗(yàn)關(guān)。

[1]吳承建，陳國良，強(qiáng)文江，等．金屬材料學(xué)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2009．

[2]李培芬，賓遠(yuǎn)紅. 45鋼吊環(huán)斷裂失效分析[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊，2012，48(10):701.

[3]李炯輝，林德成．金屬材料金相圖譜[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2006 .

[4]嚴(yán)春蓮，溫娟，劉曉嵐，等．吐絲機(jī)螺栓斷裂的失效分析[J]．理化檢驗(yàn)-物理分冊，2008，44(6)：316-318.

編輯杜青泉

FractureAnalysisof20SteelLiftingEyeBolt

WangJianqi,LiHaixia,WangMeiying,ZhangXiaowu

Byanalyzingthemacroscopictest,chemicalcomposition,metallographicstructure,fractureappearanceandmicro-areacompositionoffracture,thefracturereasonofliftingeyebolthasbeendetermined.Theresultsshowthatthepropertyoffactureforliftingeyeboltisthebrittlefracture.Meanwhile,themainreasonoffractureisduetotheincorrectassemblingofliftingeyebolt,thepoormachiningqualityofscrewthread,andtheshortageofmaterial.

20steel;liftingeyebolt;fracture

2016—03—22

TG115B