汽車(chē)六角頭螺栓斷裂失效檢測(cè)
10.9級(jí)軸承調(diào)隙螺栓，規(guī)格為M20×65，40Cr鋼制作，表面達(dá)克羅處理。螺栓安裝在車(chē)輛前軸與軸承擋板上用于固定軸承調(diào)隙組片。共安裝六枚螺栓，安裝扭矩為390-400N•m，采用鎖止鋼絲鎖緊，車(chē)輛服役3435小時(shí)后軸承損壞，軸承內(nèi)圈掉出輪轂，前軸端部下方磨損嚴(yán)重，六顆螺栓全部斷裂。
15.4.1 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果
從前軸里面取出的一件（半截螺栓），另取2件完好件，分析斷裂原因。
首先從螺栓安裝圖觀察，斷裂螺栓的安裝位置在用于固定軸承調(diào)隙組片的軸承擋板上，見(jiàn)圖15-17。
（1）故障件檢查
螺栓斷裂殘件及兩件完好件，宏觀形貌如圖15-18。
斷裂發(fā)生于螺紋牙底，見(jiàn)圖15-19。
斷口穿過(guò)相鄰兩個(gè)螺紋的牙底和牙頂，斷面光亮呈金屬本色，未見(jiàn)明顯腐蝕產(chǎn)物及冶金缺陷，斷口附近可見(jiàn)明顯宏觀剪切塑性變形，斷口宏觀形貌，見(jiàn)圖15-20。
圖15-18 完好件與斷裂件宏觀形貌
圖15-19 螺紋牙底斷裂宏觀形貌 圖15-20 斷口宏觀形貌
（2）掃描電鏡觀察
斷口上有剪切斷裂形貌特征，見(jiàn)圖15-21。
從斷裂源處至總終斷區(qū)，微觀組織形貌主要分別為剪切韌窩、剪切與等軸混合韌窩、等軸韌窩。
剪切韌窩形貌，見(jiàn)圖15-22；剪切與等軸混合韌窩形貌，見(jiàn)圖15-23；
等軸韌窩形貌，見(jiàn)圖15-24。
圖15-21 剪切斷裂形貌特征 圖15-22 剪切韌窩形貌特征
圖15-23 剪切與等軸混合韌窩形貌 圖15-24等軸韌窩形貌
（3）性能試驗(yàn)與化學(xué)分析
取該批完好螺栓進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果：拉伸強(qiáng)度1194 MPa（標(biāo)準(zhǔn)要求≥1040MPa）；心部硬度328～337 HV10（標(biāo)準(zhǔn)要求320~380）
拉伸強(qiáng)度和硬度符合《GB/T 3098.1-2010》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定10.9級(jí)螺栓的要求。
采用直讀光譜法對(duì)螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果，化學(xué)成分符合《GB/T 3077-1999》標(biāo)準(zhǔn)40Cr鋼要求。
（4） 金相組織檢查
對(duì)斷裂螺栓金相組織檢查，心部金相組織為均勻回火索氏體組織，見(jiàn)圖15-25。
圖15-25 回火索氏體組織
螺紋處金相組織碳勢(shì)正常（圖中白亮帶為鍍層），牙頂與牙底均未發(fā)現(xiàn)不連續(xù)性缺陷；見(jiàn)圖15-26。
對(duì)斷裂件螺紋牙底的金相組織放大高倍檢查，牙底有微裂紋存在，且微裂紋外側(cè)鍍層已經(jīng)破壞，說(shuō)明微裂紋是在螺栓安裝或服役過(guò)程中產(chǎn)生的，見(jiàn)圖15-27。
斷裂螺栓的非金屬夾雜物檢查，根據(jù)《GB-T 10561-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定，非金屬夾雜物為D類(lèi)球狀氧化物（細(xì)系）1.5級(jí)，圖15-28。
圖15-26 螺紋處金相組織 圖15-27螺紋牙底金相高倍組織
圖15-28 斷裂螺栓非金屬夾雜物
15.4.2 綜合分析
斷裂螺栓的金相組織、化學(xué)成分、心部硬度、抗拉強(qiáng)度等均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，斷裂與材質(zhì)及熱處理無(wú)關(guān)。
斷裂螺栓斷口存在明顯宏觀剪切變形，斷面微觀形貌為大面積韌窩形貌，說(shuō)明螺栓是在剪切力作用下發(fā)生的韌性斷裂。
斷口形貌檢查發(fā)現(xiàn)螺紋底部存在微裂紋，微裂紋外側(cè)鍍層已破壞，說(shuō)明螺栓在安裝或服役之前是完好的，微裂紋只能是在成品螺栓安裝或服役過(guò)程中產(chǎn)生。
該螺栓為軸承調(diào)隙螺栓，安裝在車(chē)輛前軸與軸承擋板上用于固定軸承調(diào)隙片組，共六枚螺栓。車(chē)輛服役3435小時(shí)后發(fā)現(xiàn)軸承損壞，軸承內(nèi)圈掉出輪轂，前軸端部下方磨損嚴(yán)重，六顆螺栓全部斷裂。斷裂發(fā)生于螺紋牙底，斷口穿過(guò)相鄰兩個(gè)螺紋牙底和牙頂，斷面光亮呈金屬本色，斷口新鮮，無(wú)可見(jiàn)腐蝕產(chǎn)物及冶金缺陷；斷口附近可見(jiàn)明顯剪切塑性變形，說(shuō)明螺栓曾有過(guò)載情況。斷口新鮮，說(shuō)明微裂紋是在螺栓安裝或服役過(guò)程中產(chǎn)生的，當(dāng)螺栓在工作中受到較大的外力作用時(shí)，發(fā)生瞬間剪切斷裂。
車(chē)輛前軸端部下方磨損嚴(yán)重，說(shuō)明在軸承破壞及螺栓斷裂前，車(chē)輛已經(jīng)在非正常情況下服役了較長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)軸承破壞后，螺栓在外力作用下發(fā)生了過(guò)載斷裂。
15.4.3 結(jié)論與啟示
（1）當(dāng)螺栓在工作中受到較大的剪切外力作用時(shí)，發(fā)生瞬間剪切斷裂。
（2）車(chē)輛在非正常情況下服役了較長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)軸承破壞時(shí)螺栓受到較大的剪切外力作用，在剪切外力作用下發(fā)生了剪切斷裂。
（3）車(chē)輛在使用過(guò)程中一定要注意異常情況，要及時(shí)檢修與維護(hù)，使車(chē)輛在完好情況下工作。
“推薦閱讀”
【責(zé)任編輯】：國(guó)檢檢測(cè)版權(quán)所有：轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處
浙公網(wǎng)安備 33042402000106號(hào)
