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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）。  ) H! G' N, I& N }
1 T/ }* L4 I7 |) H& c$ K8 }图1 试样宏观形貌
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图2 试样宏观形貌 5 Z4 ~$ s( `' T& J9 }( N5 I
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- P/ f8 L% O4 O2 p8 d! d# W图3 试样宏观形貌7 A- b! A+ C& {1 d$ Q" I
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7 W+ Z7 w: i6 ^" s# F8 z: Y& j% B图4 试样宏观形貌 ; u" e) [! c1 M! w3 H( q* p
2.断口分析 4 Z/ p, l* p7 H1 v! e% s
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+ @" L9 ]9 ]$ E5 k/ g# p图5 1号失效螺栓断口宏观形貌 : \8 R6 y3 |- K, W. c; h X
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9 \* e& F) P& W/ J6 U 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。 
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1 \; B5 ~4 ?* H/ D) {1 i: m2 S图6 断面A区形貌 4 H/ V4 I+ V& T
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图7 断面A1区形貌 6 g4 k n5 T7 m& W- J% c. y1 t- v
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# p" S& V, e8 N H7 L0 h+ m图8 断面A2区形貌; ]# M0 \2 L0 }
7 S; U2 L" t% T8 J8 x* i 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。 * j# b$ I" f( f9 V! C* Z
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图9 断面B区形貌  ) d/ w" C a3 Z. K2 W! U3 E7 {% u# z/ r
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$ z! F* o1 n' `3 K" h图10 断面B1区形貌 - U5 G3 u# z8 R$ c
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图11 断面B2区形貌
. Y2 I |( k. A) a/ t8 j" g0 C 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。 ) y! r* t- p# A1 ?- R+ u
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- k! t! `% B6 `0 d* }% Y$ X
图12 断面C区形貌 8 @, O& k, t& R2 A& `( f8 w) z3 c% `
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图14 断面D区形貌
6 n& y, R5 r2 j 断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。 
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图15 断面D区形貌 + U* E: V3 ]4 t
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图16 断面D区微观形貌 % l/ m# |# Z9 V
3.金相检测 图17 1号断裂件芯部金相组织
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图18 2号断裂件芯部金相组织
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 6 n# Z; S5 X9 o- ]7 T$ e
' f0 p( [8 m& `% d7 r' _4 V: e- L6 k图19 完好件芯部金相组织
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- q- v! C7 F5 ~: I7 \5 G 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。 6 o9 \2 J: G/ F* ~ l! K
% _7 c" k) R& V2 m% ] j& X* d/ n9 u3 b图20 1号断裂件螺纹表面组织
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图22 完好件螺纹表面组织 O1 s" S4 E' q# E
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。
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0 c3 s$ t# e( X; j: i- Y0 E图23 1号断裂件非金属夹杂物 4 q2 e9 E( J5 J( {
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( ~3 U, u! l* u1 C0 t/ O8 y6 r图24 2号断裂件非金属夹杂物 0 n6 w; t1 t8 V2 r1 E% Y( s2 C
7 i, s* k1 K! j2 A& u, V9 d2 x- k* h' N图25 完好件非金属夹杂物
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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）。
) { t+ `" _2 H表1 脱（增）试验结果（HV0.3）
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表2 螺栓化学成分（%）2 q Z _! [: P- v( m& w$ J
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6.综合分析 # z8 N4 T2 X( y6 O9 E
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。 & G6 A- v+ B/ \; k. m& t
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
