螺栓斷裂原因分析

楊 健

(中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)

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螺栓斷裂原因分析

楊 健

(中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)

某螺栓在車輛運行過程中發(fā)生斷裂。采用金相組織檢查、硬度測試、拉伸測試、化學(xué)成分分析、斷口宏觀和微觀分析等方法對斷裂原因進行了分析。結(jié)果表明，螺栓螺紋受力面存在的折疊缺陷是其發(fā)生疲勞斷裂的主要原因。

疲勞斷口；折疊缺陷；斷裂

1 引 言

某型螺栓是保障車輛安全運行的重要部件，規(guī)格為M16×50，強度等級為8.8級，材質(zhì)為40Cr。該螺栓為外購件，應(yīng)符合GB/T 3098.1-2010標(biāo)準(zhǔn)要求，但在車輛運行過程中發(fā)生斷裂。為查找其斷裂原因，對斷裂螺栓及該規(guī)格的未使用過的新螺栓進行了一系列理化檢驗，并作相關(guān)驗證。

2 理化檢驗

2.1 宏觀形貌對比

斷裂螺栓與新螺栓的整體外觀形貌見圖1，斷裂位置位于螺栓螺桿中部。螺栓斷裂源位于螺栓圓周方向螺紋牙底表面，螺栓斷口大部分較平整，呈疲勞斷口形貌，有銹蝕形貌特征，可見清晰的疲勞擴展弧線，如圖2所示。

圖1 斷裂螺栓與新螺栓

圖2 螺栓斷口宏觀形貌

2.2 顯微組織觀察

在斷口裂紋源區(qū)取金相試樣，經(jīng)磨制和拋光，用3%硝酸酒精溶液侵蝕后，在光學(xué)顯微鏡下觀察，斷裂螺栓的中徑以下螺紋牙受力面存在折疊缺陷，新螺栓螺紋部位形貌良好，斷裂螺栓和新螺栓的螺紋部位均無全脫碳層，基體金相組織均為正常的淬火+回火組織，見圖3-圖6。

圖3 斷裂螺栓螺紋形貌 100×

圖4 斷裂螺栓顯微組織 500×

圖5 新螺栓螺紋形貌 100×

圖6 新螺栓顯微組織 500×

2.3 化學(xué)成分分析

自斷裂螺栓及新螺栓取樣，用光譜儀測定其化學(xué)成分，測得結(jié)果見表1。從分析結(jié)果可知，斷裂螺栓及新螺栓的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 螺栓的化學(xué)成分 %

2.4 拉伸測試

拉伸試驗按GB/T228.1-2010進行，對抽取的新螺栓進行拉伸試驗，檢測結(jié)果見表2。

表2 螺栓的拉伸性能

2.5 硬度測試

對斷裂螺栓、新螺栓進行硬度檢測，結(jié)果見表3，可見硬度檢測值均符合GB/T3098.1標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表3 螺栓的硬度檢測結(jié)果

3 分析與討論

根據(jù)上述分析的結(jié)果，斷裂螺栓、新螺栓所用材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織和硬度均符合技術(shù)要求，排除了因材質(zhì)、金相組織及性能等原因造成斷裂的原因。斷裂位置位于螺栓螺桿中部，螺栓斷裂源位于螺栓圓周方向螺紋牙底表面，可見清晰的疲勞擴展弧線，呈多源疲勞斷口形貌，有銹蝕形貌特征，在螺栓的中徑以下螺紋牙受力面存在折疊缺陷。

4 結(jié) 論

斷裂螺栓的螺紋受力面存在有折疊缺陷，這是其發(fā)生疲勞斷裂的主要原因。

[1]GB/T228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第一部分：室溫試驗方法[S].

[2]GB/T3098.1-2010 緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱[S].

Analysis of Failure Reasons of Bolt

Yang Jian

(CRRC Changchun Railway Vehicles Co., Ltd. Changchun 130062, Jilin, China)

A bolt fractured while the car was moving. Metallography examination, hardness measurement, tensile property test, chemical composition analysis and SEM techniques are used to analyze the reasons. The test results show that laps discontinuities on the thread are the main reasons of fracture.

fatigue fracture; laps discontinuities; fracture

2016-06-27

楊 健(1975-)，男，本科學(xué)歷，畢業(yè)于東北大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)，工程師。

U260.331+.7

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.03.010