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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）。  7 E1 r$ A. H I, n5 N
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图1 试样宏观形貌 9 x7 v; o' ?" b4 D' X# y8 }2 C
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, ?% |* M! w% X$ U0 v- s; u* r( X图2 试样宏观形貌
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5 f, v, q5 Y7 P4 h图3 试样宏观形貌
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* J X5 n8 J/ e; A0 N图4 试样宏观形貌 ! K0 A. A# B+ Z4 M9 Y
2.断口分析 0 n& a1 M, j$ F# `) x0 F
a9 T7 A* k, ~& n& p& _+ |) u' W! j
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图5 1号失效螺栓断口宏观形貌 ( H4 F& F, K: M$ R8 b
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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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+ P A0 m0 _3 r& q图6 断面A区形貌 # V ?# ~/ f+ ]2 j& I v; R3 z
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* J# B% ~( E6 E图7 断面A1区形貌 7 p& M$ r: d" ?; E0 o; x
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% M; C# X- k1 @" b: z图8 断面A2区形貌
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& H5 w. t- `! K2 P( p! U 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。 8 I( u; a5 g2 D& m- ]
4 S; {# ?0 d& Q8 C7 a* `5 m" v图9 断面B区形貌  ' g& J" g" ~. l* c- S6 k4 e# {
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图10 断面B1区形貌
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图11 断面B2区形貌 - }: k8 [2 E: r \/ x! p
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。
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图12 断面C区形貌 8 r: T5 |7 T8 B9 _: K3 W
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图14 断面D区形貌
0 |% X5 ^6 g5 |5 H: [ 断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。  6 ]/ \. I- |- U& z4 O
图15 断面D区形貌
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图16 断面D区微观形貌
+ u% x& W* e2 o5 b7 b b# d3.金相检测 图17 1号断裂件芯部金相组织9 j1 H4 w% [) V: q% D; f2 M2 _
7 s# `9 p! T5 y3 P* ^4 ^3 S
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& x% u0 f. n7 g! @# d3 x$ P图18 2号断裂件芯部金相组织
0 V3 k1 s( P+ d; p ; R' J3 G8 g3 J7 ~4 X Q
 , k+ q# S; g/ s4 L! {8 A& u) [8 e6 O
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图19 完好件芯部金相组织
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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。
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图20 1号断裂件螺纹表面组织 / D/ {/ B2 a" Y7 `0 d, M
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\0 F$ T6 i p/ F1 Y- F% b! ^
# ]- `' N7 x& p, R6 i% Z4 Z8 g图22 完好件螺纹表面组织
, n! ?, S, \9 N 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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图23 1号断裂件非金属夹杂物 & Y# d5 q! C' Q# b
 % T- F! U) F5 Y) d# f
" q. c/ z) d, z- A2 ]
图24 2号断裂件非金属夹杂物 . I& z& x% e6 o- y
; I1 F1 Y, W! x' T7 j图25 完好件非金属夹杂物
( N! }7 Q m L) t3 t+ j9 g2 w" \( Y4 j* i4 A) D6 G
C$ @2 v# T' W! B4.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）。
6 ?5 Q, n: \1 k' u" @+ l. P* M" P# |, n表1 脱（增）试验结果（HV0.3）
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表2 螺栓化学成分（%）
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6.综合分析
6 t, v2 j; z! g 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。 ; ~0 p' S; ~, P* R8 h
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。 m1 K |( y' P/ i0 z
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发表于 2020-2-10 14:32:36
