轻点太紧了太大了太深了好疼

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    你不知道輪轂螺栓斷裂的二三事

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    瀏覽:- 發布日期:2020-01-14 11:33:08【

    1.概述

         現有輪轂螺栓斷裂殘件2件,完好件4件,等級為10.9級,材質為SCM435,螺母三件,安裝于車輛輪轂處,服役過程中失效,要求分析失效原因。圖1~4所示為試樣宏觀形貌,螺栓斷裂位置為螺紋收尾處,斷口及斷口附近均未見明顯的塑性變形,斷面內部分區域存在磨損痕跡。螺母中(圖3所示),兩件表面磨損嚴重(3所示1、2號樣),一件表面輕微磨損(圖3所示3號樣),檢測螺母螺紋,發現1號螺母約1/2的內螺紋已經嚴重磨損(圖4紅色虛線所示)。

    試樣宏觀形貌


    圖1  試樣宏觀形貌


    試樣宏觀形貌


    圖2 試樣宏觀形貌


    試樣宏觀形貌


    圖3 試樣宏觀形貌


    試樣宏觀形貌


    圖4 試樣宏觀形貌

    2.斷口分析

          任取一件失效件進行斷口掃描,圖5所示為2號失效螺栓斷口的宏觀形貌,斷面較平整,斷口附近無明顯塑性變形;斷口邊緣可見輪輻狀臺階,斷面內可見明顯的“貝紋線”,由左、右、下側邊緣向中心擴展(圖5紅色箭頭所示)。將斷口分為A、B、C、D四個區域進一步描述。


    1號失效螺栓斷口宏觀形貌


    圖5   1號失效螺栓斷口宏觀形貌


       

        圖6~8所示為A區形貌,可見該區斷口靠近邊緣(A1區)存在輪輻狀臺階,微觀可見磨損痕跡,靠近芯部(A2區)可見疲勞輝紋。



    圖6 斷面A區形貌


    圖7 斷面A1區形貌


    圖7 斷面A1區形貌


    圖8 斷面A2區形貌


    圖8 斷面A2區形貌


           圖9~11所示為B區形貌,可見該區斷口清晰的貝紋線,起源于斷口邊緣向中部擴展,靠近邊緣部(B1區)可見磨損痕跡,靠近芯部(B2區)可見疲勞輝紋。


    圖9 斷面B區形貌



    圖9 斷面B區形貌


    圖10 斷面B1區形貌


    圖10 斷面B1區形貌



    圖11 斷面B2區形貌


    圖11 斷面B2區形貌


        圖12~14所示為C區形貌,可見該區斷口靠近邊緣(C1區)可見輪輻狀臺階,微觀下可見磨損痕跡,靠近芯部(C2區)可見少量韌窩。



    圖12斷面C區形貌


    圖12 斷面C區形貌


    斷面C1區形貌


    圖13 斷面C1區形貌


    360截圖20200114124502584


    圖14 斷面D區形貌


        斷面D區可見大量韌窩,為螺栓瞬斷區,如圖15、16所示。


    圖15 斷面D區形貌



    圖15 斷面D區形貌


    圖16 斷面D區微觀形貌


    圖16 斷面D區微觀形貌

    3.金相檢測

          圖17、18、19所示分別為1、2號斷裂件和完好件芯部的金相組織,均為均勻的索氏體組織,無異常。


    1號斷裂件芯部金相組織


    圖17  1號斷裂件芯部金相組織


    2號斷裂件芯部金相組織


    圖18  2號斷裂件芯部金相組織


    ;完好件芯部金相組織


    圖19  完好件芯部金相組織


        圖20~22所示分別為1、2號斷裂件和完好件的螺紋表面組織,未見表面不連續性缺陷。


    1號斷裂件螺紋表面組織


    圖20  1號斷裂件螺紋表面組織


    360截圖20200114132059743


    圖21  2號斷裂件螺紋表面組織


    360截圖20200114132129807


    圖22 完好件螺紋表面組織


         圖23、24、25所示分別為斷裂件和完好件的非金屬夾雜物照片,根據“GB/T 10561-2005”標準可判定斷裂件和完好件均為D類球狀氧化物(細系)1級。

    1號斷裂件非金屬夾雜物


    圖23  1號斷裂件非金屬夾雜物


    2號斷裂件非金屬夾雜物


    圖24  2號斷裂件非金屬夾雜物


    完好件非金屬夾雜物


    圖25  完好件非金屬夾雜物



    4.性能檢測

          對螺栓進行脫(增)碳檢測,結果如表1所示,根據“ISO 898-1:2013”中對10.9級螺栓的要求,可判定為螺栓斷裂件與完好件均符合標準要求,斷裂件與完好件的芯部硬度滿足委技術要求(芯部硬度34-38HRC)。


    表1  脫(增)試驗結果(HV0.3)



    螺栓性能測試

    表2  螺栓化學成分(%)

    360截圖20200114141341254

    6.綜合分析


          螺栓斷口形貌顯示,宏觀可見斷面邊緣存在輪輻狀臺階,瞬斷區位于接近斷面中部位置,“貝紋線”清晰可見,分布瞬斷區兩側,呈典型的多源疲勞斷裂特征。通常情況下,緊固件疲勞失效的原因為:產品質量存在問題,裝配工藝不合理,后期維護不到位等。


          在本案例中,螺栓芯部金相組織、化學成分、洛氏硬度等指標均未發現明顯異常。螺紋表面未發現脫碳現象或不連續性缺陷。另一方面,從工況上分析,輪轂螺栓在正常預緊狀態下,主要受軸向拉伸載荷。但是,如果螺栓在安裝時由于預緊力不一致,沒有采取有效的防松措施,在服役時易發生松動而承受額外的剪切、彎曲載荷,導致其服役時在應力集中位置萌生疲勞裂紋。試樣宏觀形貌顯示,其中一件螺母近1/2內螺紋嚴重磨損,表明螺栓失效前該組合件可能已發生松動。

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      【本文標簽】:螺栓檢測試驗 螺栓疲勞斷裂試驗 螺栓疲勞斷裂試驗分析
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