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1.概述 现有轮毂螺栓断裂残件2件，完好件4件，等级为10.9级，材质为SCM435，螺母三件，安装于车辆轮毂处，服役过程中失效，要求分析失效原因。图1~4所示为试样宏观形貌，螺栓断裂位置为螺纹收尾处，断口及断口附近均未见明显的塑性变形，断面内部分区域存在磨损痕迹。螺母中（图3所示），两件表面磨损严重(图3所示1、2号样)，一件表面轻微磨损（图3所示3号样），检测螺母螺纹，发现1号螺母约1/2的内螺纹已经严重磨损（图4红色虚线所示）。 
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( }* g" O6 j1 T- V; |
图1 试样宏观形貌 3 e; u. E/ G* w' ~4 ^0 k2 q: ^2 v9 h
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0 b, g4 j; x8 i9 R) {- V图2 试样宏观形貌 3 q. w6 N. c0 { U6 i- G5 {
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+ i" ^ n1 c3 R+ K图3 试样宏观形貌+ d+ x( z% O6 d6 l, B4 T
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图4 试样宏观形貌
f2 b. R) L6 p2.断口分析 & {. j2 @' _% A1 D6 A
- a8 M2 v9 n2 V B. D* j
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图5 1号失效螺栓断口宏观形貌
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' V: D% L, e1 ^8 S5 T) y; U* n& c& f8 s
图6~8所示为A区形貌，可见该区断口靠近边缘（A1区）存在轮辐状台阶，微观可见磨损痕迹，靠近芯部（A2区）可见疲劳辉纹。 
5 Z7 E+ A1 g5 o0 P# G- l
/ w C, n% o2 p/ c
图6 断面A区形貌 ) @" V3 z2 M7 X. b4 _
 " s4 ~+ Z% `5 d8 W9 p: Y# D
- l% l& D& C; T4 U0 r4 O& J7 R/ V
图7 断面A1区形貌 ' |1 v5 c: p# w i3 b. m m
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/ P, w3 i/ T# L$ J9 X
图8 断面A2区形貌
$ e" E1 ~# L; m; _/ U$ i& c: X & a% n/ O* s& F% _ Q/ Q
图9~11所示为B区形貌，可见该区断口清晰的贝纹线，起源于断口边缘向中部扩展，靠近边缘部（B1区）可见磨损痕迹，靠近芯部（B2区）可见疲劳辉纹。 $ C7 l9 v5 i' Z2 |; ]3 Z) `7 n
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图9 断面B区形貌 
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! e* H8 [9 [) x/ P3 ~, A+ `
/ r; ^% p7 X3 u- L图10 断面B1区形貌 * J/ V9 ]2 T1 v/ G7 `5 f) q, D
, G/ Y; m h& P* ]) `' i7 |8 v
; u5 {* r2 S* t3 o. c& H& F
# y5 I( T# J1 _7 K2 j图11 断面B2区形貌 ( J9 ^9 L E8 Z9 }$ y/ g3 V
图12~14所示为C区形貌，可见该区断口靠近边缘（C1区）可见轮辐状台阶，微观下可见磨损痕迹，靠近芯部（C2区）可见少量韧窝。 9 g9 Z7 c* E0 M# ]% D. W s
. U: v: p4 C( g3 ~) Y6 R
/ _9 f; P: f) X图12 断面C区形貌
$ F: [: M* J9 ]
( J: T4 P0 V& Y5 u
1 x) D) G M0 ~- x
& l. O1 L' E; Q! S7 g. U
8 M; Z# n' {& Q+ |5 |( B
) G! k9 n3 b* }图14 断面D区形貌 7 k, H$ E7 H$ P! ]& n
断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。 
- `- f9 H( o i% z5 D, m
图15 断面D区形貌 - f6 e7 e- b( C- G/ J" c
$ L2 k. t8 K1 U, S( Q5 n
$ v0 B0 e) ~, x! E( n3 {- [1 U/ u) U
8 Y( h& t* q8 E7 Q
图16 断面D区微观形貌 " r0 F/ Q6 j. K$ m) o' p
3.金相检测 图17 1号断裂件芯部金相组织3 |3 r. i7 @6 i0 H3 F( _6 q; H
# ]1 ?7 J; b+ d, P3 d( [2 S9 E
: Y$ {+ N: C- o# m+ B
0 }7 g" p0 |6 ^1 h9 o$ w) H
图18 2号断裂件芯部金相组织
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' M+ J( Y) l' b0 o) B4 Q8 H
图19 完好件芯部金相组织 m0 W" y3 w( b7 f
! F+ v1 @! A5 D5 L! U9 o 图20~22所示分别为1、2号断裂件和完好件的螺纹表面组织，未见表面不连续性缺陷。
8 k( Z" A3 p1 B
9 _2 b* V; d. q! p/ h9 P
图20 1号断裂件螺纹表面组织 ; [& E' Z/ p' I y
d9 x, R/ _+ d
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# I( l" b3 b. a% k3 o! b* R* |: l2 L% `3 y
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3 g5 W4 N5 u8 g: Y0 p' h) [, u1 k* a; W+ o" ?; f
图22 完好件螺纹表面组织
8 R! J+ V2 i+ ?! K+ W6 J 图23、24、25所示分别为断裂件和完好件的非金属夹杂物照片，根据“GB/T 10561-2005”标准可判定断裂件和完好件均为D类球状氧化物（细系）1级。+ c* b; x1 T# f
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图23 1号断裂件非金属夹杂物 # K; q: A+ p& N; Y7 {
2 _, h7 v+ d2 x3 O# `2 G
0 W9 D- h" @) x5 ]3 K* Z) ~
图24 2号断裂件非金属夹杂物 & z0 A; e, ?$ u) A& R# _
* [# b% F% ?) q2 U2 a图25 完好件非金属夹杂物
~3 q+ i& g- j# |: K1 j5 G/ j1 u( t- H. g O! y
! h+ c& @, ~& C9 Y2 u$ H1 `! g
4.性能检测 对螺栓进行脱（增）碳检测，结果如表1所示，根据“ISO 898-1:2013”中对10.9级螺栓的要求，可判定为螺栓断裂件与完好件均符合标准要求，断裂件与完好件的芯部硬度满足委技术要求（芯部硬度34-38HRC）。 ! E& N9 h- j3 X& n- d ?) P
表1 脱（增）试验结果（HV0.3）
+ e9 w o2 X$ ~8 Q+ s0 a. D& c8 P% r( g' Q Z
& C% t* @ U7 G0 S2 q) i W2 y
表2 螺栓化学成分（%）
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$ I2 {" T2 p6 d- L E7 R6.综合分析
+ A5 j2 b% A# b* u 螺栓断口形貌显示，宏观可见断面边缘存在轮辐状台阶，瞬断区位于接近断面中部位置，“贝纹线”清晰可见，分布瞬断区两侧，呈典型的多源疲劳断裂特征。通常情况下，紧固件疲劳失效的原因为：产品质量存在问题，装配工艺不合理，后期维护不到位等。
8 B$ B/ N! V+ Z! w* H6 G 在本案例中，螺栓芯部金相组织、化学成分、洛氏硬度等指标均未发现明显异常。螺纹表面未发现脱碳现象或不连续性缺陷。另一方面，从工况上分析，轮毂螺栓在正常预紧状态下，主要受轴向拉伸载荷。但是，如果螺栓在安装时由于预紧力不一致，没有采取有效的防松措施，在服役时易发生松动而承受额外的剪切、弯曲载荷，导致其服役时在应力集中位置萌生疲劳裂纹。试样宏观形貌显示，其中一件螺母近1/2内螺纹严重磨损，表明螺栓失效前该组合件可能已发生松动。
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发表于 2020-2-10 14:32:36
