35CrMo螺栓断裂分析_温爱玲

35CrMo钢高强螺栓断裂失效分析韩克甲;赵晓辉;李洪伟【摘要】某风电厂铁塔用紧固高强螺栓在使用一个月后于螺纹处出现多根断裂现象.通过宏观检验、化学成分分析、力学性能试验、金相检验、断口分析等方法对螺栓断裂原因进行了分析.结果表明:失效高强螺栓螺纹处表面全脱碳层深度超标,且脱碳层深度极不均匀,在全脱碳层最大深度处容易产生应力集中,并造成螺栓表面部分区域的强度和抗疲劳性能下降,无法承受设计载荷,从而导致高强螺栓在此处出现应力裂纹并最终发生疲劳断裂失效.%The high strength bolts used for tower fastening in a wind power plant, appeared multiple fracture phenomena at the thread position after a month's use.By means of macro examination, chemical composition analysis, mechanical property test, metallographic examination, fracture analysis and so on, the fracture reasons of the bolts were analyzed.The results show that the surface total decarburization layer depth of the failure high strength bolts at the thread position exceeded the standard requirement, and at the same time the decarburization layer depth was very uneven.Stress concentration easily formed at the deepest total decarburization position, and the decarburization also caused the decrease of strength and fatigue property of the bolts at local positions and made the bolts not bear the design load.So stress cracks appeared here and resulted in the final fatigue fracture failure of the high strength bolts.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2017(053)006【总页数】4页(P434-436,441)【关键词】高强螺栓;脱碳;应力裂纹;疲劳断裂【作者】韩克甲;赵晓辉;李洪伟【作者单位】淄博市新材料研究所, 淄博 255040;淄博市新材料研究所, 淄博255040;淄博市新材料研究所, 淄博 255040【正文语种】中文【中图分类】TH131.3某风电厂采购一批铁塔用紧固高强螺栓，螺栓规格为M24 mm×120 mm。

35CrMo焊接裂纹分析与对策作者：张新峰来源：《环球市场信息导报》2013年第04期该文对中碳合金钢35CrMo的焊接性能进行了分析并进行了焊接试验。

在此基础上制定了合理的焊接工艺，既提高了生产效率，又保证了产品质量，有效地防止了焊接裂纹的产生。

随着起重机械产品起重性能的不断提高，作为承受载荷的关键部件，底盘主梁销套由以往的35号钢改为35CrMo，这样在生产过程中遇到了35CrMo与Q345的焊接，其产品结构如图一所示。

以往的产品多为低碳钢或低碳合金钢的焊接，很少接触35CrMo中碳合金钢的焊接，由于35CrMo的焊接性能较差，裂纹倾向较大，加上35CrMo和Q345的强度级别不同，焊前所处的状态也不同，实现这两种钢的焊接存在较大的困难，导致35CrMo在焊接后出现裂纹。

由于对该焊缝的质量要求较高，如何采取合理的焊接工艺方法，既满足技术要求又能实现较低的成本，成为生产中迫切需要研究和解决的关键课题。

裂纹的产生与防止措施我厂35CrMo调质后焊接后出现的裂纹属于焊接冷裂纹，发生部位在35CrMo的热影响区。

材料的冷裂敏感性主要取决于它的淬透性倾向，淬透性越大，在焊接热影响区很容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越快，生成的高碳马氏体越多，脆化也越严重，冷裂倾向越大。

中碳合金钢35CrMo含碳量较高，并含有Cr、Mo等提高淬透性的合金元素，因此冷裂倾向大是该种材料固有的，为了防止焊接冷裂纹的产生，可采用以下主要措施：选用低匹配焊条。

选择强度级别比母材略低的焊条有利于防止冷裂纹，因强度较低的焊缝不仅本身冷裂倾向小，而且由于它较易塑性变形，从而降低了接头的拘束应力，使焊趾、焊根等部位的应力集中效应相对减小，改善了热影响区的冷裂倾向；焊前对工件进行预热，可消除零件中的水分、锈迹，减小焊件与焊接熔池间的温差，避免气孔、淬硬层产生；控制层间温度、缓冷，可减小焊件与焊接熔池间的温差，避免淬硬层产生；焊后保温，把焊缝区的温度控制在Ms点以上（Ms点为马氏体转变开始温度），减少低温下马氏体的形成量。

第 54 卷第 5 期2023 年 5 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.5May 202335CrMo 钢螺栓疲劳寿命预测方法研究杨梦起1，杨文军2, 3，庞建超2，高崇2，胡德江1，张哲峰2(1. 南方电网调峰调频发电有限公司 检修试验分公司，广东 广州，511400；2. 中国科学院金属研究所 师昌绪先进材料创新中心，辽宁 沈阳，110016；3. 沈阳航空航天大学 机电工程学院，辽宁 沈阳，110136)摘要：针对大型螺栓的疲劳寿命预测问题，以35CrMo 钢螺栓为研究对象，提出以应力集中系数为等效损伤参量的螺栓模拟构件模型，并进一步考虑疲劳综合修正系数，预测服役螺栓的疲劳寿命。

研究结果表明：随着公称直径、螺纹圈数和牙底圆角的增加，螺纹应力集中系数呈现下降趋势，而螺距的增加使得应力集中系数逐渐增大；模拟构件的螺纹缺口模型与圆环缺口模型的应力集中系数差异很小，计算分析时可用圆环缺口模型代替螺纹缺口模型；综合修正系数方法预测的螺栓疲劳寿命曲线与有限元模拟的结果基本一致，验证了本研究所提出的基于模拟构件的疲劳寿命预测方法具有较高准确性及较好适用性。

关键词：35CrMo 钢；螺栓模拟构件；应力集中系数；综合修正系数；疲劳寿命预测中图分类号：TH114 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）05-1748-10Fatigue life prediction method of 35CrMo alloy steel boltYANG Mengqi 1, YANG Wenjun 2, 3, PANG Jianchao 2, GAO Chong 2, HU Dejiang 1, ZHANG Zhefeng 2(1. Maintenance and Test Branch, China Southern Power Grid Power Generation Co. Ltd.,Guangzhou 511400, China;2. SHI Changxu Innovation Center for Advanced Materials, Institute of Metal Research, Chinese Academy ofSciences, Shenyang 110016, China;3. School of Mechatronics Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China)Abstract: For solving the problem of fatigue life prediction on large-scale bolt, 35CrMo steel bolt was selected as the research object, and a simulated bolt component was proposed by the stress concentration factor as equivalent damage parameter. Then fatigue life of service bolt was estimated based on the fatigue comprehensive correction factor. The results show the factor of stress concentration takes a drop trend with the increase of nominal diameter, screw number and bottom corner, while the increase of screw pitch makes stress concentration factor gradually收稿日期： 2022 −01 −19； 修回日期： 2022 −04 −01基金项目(Foundation item)：南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司科技项目(022200KK52180006)；国家自然科学基金资助项目(51871224) (Project(022200KK52180006) supported by the Science and Technology Project of Maintenance and Testing Branch in China Southern Power Grid Power Generation Co. Ltd.; Project(51871224) supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：庞建超，博士，副研究员，从事材料疲劳与断裂研究；E-mail ：*************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.05.010引用格式： 杨梦起, 杨文军, 庞建超, 等. 35CrMo 钢螺栓疲劳寿命预测方法研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(5): 1748−1757.Citation: YANG Mengqi, YANG Wenjun, PANG Jianchao, et al. Fatigue life prediction method of 35CrMo alloy steel bolt[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(5): 1748−1757.第 5 期杨梦起，等：35CrMo钢螺栓疲劳寿命预测方法研究rise. For equivalent models of screw thread and circular notch, the stress concentration factors are basically the same, and so the model of circular notch can be applied to replace the screw thread model in calculation and analysis. The curves of fatigue life obtained by comprehensive coefficient method and finite element simulation are in good agreement. This verifies the fatigue life prediction method based on simulated component proposed in this research has the higher accuracy and applicability.Key words: 35CrMo steel; simulated bolt component; stress concentration factor; comprehensive correction factor; fatigue life prediction螺栓作为重要的紧固件之一，其连接的可靠性直接关系到设备的长期稳定运行。

图 １ 断 裂螺 宏 观 形 貌 （ ａ ） 断裂螺栓照 片 ． ６ Ｘ： （ ｈ ）断 【 Ｉ 宏观彤批 ． ： （ １
Ｆｉ ｇ １ Ａ ｐｐ ｃ ａ ｒ ￣ Ｌ Ｉ ］ Ｃ Ｌ ｏ １ ） 、 ｒ ｖａ ｔ ｛ ｏ １ １ ｏｆ ｆ ａｉ ｌ Ｌ Ｉ Ｆ ｔ ｂ ｏｌ ｔ （ １ ） ｐ ｉ ｃ Ｉ Ｌ Ｉ Ｆ （ ，ｏ ｆ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｌ ｝ ｏ ｌ ｔ ． ６Ｘ ： （ １ １ ）ａｐ ｐ ４ Ｊ ａｒ ￣ ｔ ｉ １ “－ ｏ１ ） Ｓ Ｕ Ｉ ＋ Ｖ ￣ ｔ ｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｆ ｒ ａ ￣ ’ ｔ ｕｒ ｅ Ｓ ｕＩ － ｆ ￣ ｔ ｃ ｃ． ９ ｏ Ｘ
貌 分析 ， 判 断断 裂类 型 ； 利用 Ｚ Ｅ Ｉ Ｓ Ｓ － Ｉ ｍａ ｇ ｅ ｒ ． Ａ２ ｍ 型 金 相显 微镜 ， 对 螺 栓 靠 近 断 裂 位 置 的 基 材 进 行 夹 杂
物 及金 相组 织 分析 ； 利用德国 Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ ＴＲ Ｏ－ ＭＡＸ ｘ型
业 上肩 负 重要任 务 ， 只要 地球 上存 在着 工业 ， 则 螺 栓
表 面脏 污吹 干 净． 使 用 ＶＨＸ － ６ ０ ０ Ｅ型 ３ Ｄ光 学 显 微
（ ｂ ） ） ， 螺栓 断 口比较 平 齐 ， 无 明显 塑 性 变 形 特 征 ， 断 面 带有 放射 性 图样 ， 裂 纹 源 位 于 螺栓 边缘 处 且 裂 纹
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７ － ０ ４ — ２ ０
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作者简介 ： 李珍（ １ ９ ８ ６ － ） ， 女， 河 南 新 乡人 ， 硕士 ， 工 程 师
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