你不知道輪轂螺栓斷裂的二三事

國(guó)檢檢測(cè)

1.概述

     現(xiàn)有輪轂螺栓斷裂殘件2件，完好件4件，等級(jí)為10.9級(jí)，材質(zhì)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(nèi)部分區(qū)域存在磨損痕跡。螺母中（圖3所示），兩件表面磨損嚴(yán)重(圖3所示1、2號(hào)樣)，一件表面輕微磨損（圖3所示3號(hào)樣），檢測(cè)螺母螺紋，發(fā)現(xiàn)1號(hào)螺母約1/2的內(nèi)螺紋已經(jīng)嚴(yán)重磨損（圖4紅色虛線所示）。

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圖1  試樣宏觀形貌

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圖2 試樣宏觀形貌

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圖3 試樣宏觀形貌
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圖4 試樣宏觀形貌

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2.斷口分析

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圖5   1號(hào)失效螺栓斷口宏觀形貌

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

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圖6 斷面A區(qū)形貌

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圖7 斷面A1區(qū)形貌

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圖8 斷面A2區(qū)形貌
3 N  V1 s3 z& {

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

圖9 斷面B區(qū)形貌

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圖10 斷面B1區(qū)形貌

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2 _& H, ~& R* v

圖11 斷面B2區(qū)形貌

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

5 Z8 h! ]  [  l7 t  D  u$ m
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圖12 斷面C區(qū)形貌

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圖14 斷面D區(qū)形貌

    斷面D區(qū)可見大量韌窩，為螺栓瞬斷區(qū)，如圖15、16所示。

圖15 斷面D區(qū)形貌

8 b" P1 B# a! p2 R

圖16 斷面D區(qū)微觀形貌

3.金相檢測(cè)

圖17  1號(hào)斷裂件芯部金相組織
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圖18  2號(hào)斷裂件芯部金相組織
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圖19  完好件芯部金相組織
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7 Z) L: L' D+ R

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

6 m3 Y5 w3 n' ^3 i$ u

" T' s% B) }- [- k0 |* f) R) U5 Q

圖20  1號(hào)斷裂件螺紋表面組織

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5 k7 h) B' F6 O0 X* v

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(jù)“GB/T 10561-2005”標(biāo)準(zhǔn)可判定斷裂件和完好件均為D類球狀氧化物（細(xì)系）1級(jí)。

0 M6 C% y3 M0 R+ ]( b5 Z

圖23  1號(hào)斷裂件非金屬夾雜物

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$ _9 v- F; c" ~0 I$ x

圖24  2號(hào)斷裂件非金屬夾雜物

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圖25  完好件非金屬夾雜物

( b4 A- K9 o% Y: h

4.性能檢測(cè)

      對(duì)螺栓進(jìn)行脫（增）碳檢測(cè)，結(jié)果如表1所示，根據(jù)“ISO 898-1:2013”中對(duì)10.9級(jí)螺栓的要求，可判定為螺栓斷裂件與完好件均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，斷裂件與完好件的芯部硬度滿足委技術(shù)要求（芯部硬度34-38HRC）。

5 ?- I' `/ y$ }9 D- `

表1  脫（增）試驗(yàn)結(jié)果（HV0.3）

, S! X! a" e' ]+ P& c+ J: T: r

8 E; r+ g" R, u* \/ R7 l2 Z

表2  螺栓化學(xué)成分（%）

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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(tái)階，瞬斷區(qū)位于接近斷面中部位置，“貝紋線”清晰可見，分布瞬斷區(qū)兩側(cè)，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?yàn)椋寒a(chǎn)品質(zhì)量存在問題，裝配工藝不合理，后期維護(hù)不到位等。

: I/ j5 a: u( @; m4 @0 _6 C

      在本案例中，螺栓芯部金相組織、化學(xué)成分、洛氏硬度等指標(biāo)均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。螺紋表面未發(fā)現(xiàn)脫碳現(xiàn)象或不連續(xù)性缺陷。另一方面，從工況上分析，輪轂螺栓在正常預(yù)緊狀態(tài)下，主要受軸向拉伸載荷。但是，如果螺栓在安裝時(shí)由于預(yù)緊力不一致，沒有采取有效的防松措施，在服役時(shí)易發(fā)生松動(dòng)而承受額外的剪切、彎曲載荷，導(dǎo)致其服役時(shí)在應(yīng)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(nèi)螺紋嚴(yán)重磨損，表明螺栓失效前該組合件可能已發(fā)生松動(dòng)。

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702736

發(fā)現(xiàn)斷裂時(shí)的安裝狀態(tài)很要緊。輪轂孔處的痕跡也很要緊。

未來第一站

感謝分享。

韓寒11

螺栓安裝的時(shí)候最好要使用扭力扳手，特別是精密部件，不然，后期做的任何實(shí)驗(yàn)都無法做出合理的分析

竹筠俠

好，描述清晰，格式規(guī)范

默笑滄海

謝謝社友分享

djhyty

螺栓熱處理的問題

cc龍的傳人

螺母頭上是帶錐度的，如果與螺栓的同心度做的不好，也容易斷吧