机械社区

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 6177|回复: 7

你不知道轮毂螺栓断裂的二三事

[复制链接]
发表于 2020-2-10 14:32:36 | 显示全部楼层 |阅读模式

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)。


3 K- \* @0 W" f' c. Y" W

4 O# L' T) Z8 P3 [6 p

图1  试样宏观形貌


" c# v; D7 A& \8 B& K4 L1 c. W- {

" f, Y+ ~( V+ b( i6 @! E3 ~


+ r9 f- s1 V; d6 ~: q1 b$ @4 q* A

图2 试样宏观形貌

% f. y; Y9 H) w5 I2 ~

5 k$ z( d" J' w


& Y% U1 y7 d  g, o, C  |

图3 试样宏观形貌7 ?8 m$ s* `2 o# w$ f8 Q% O8 I+ L


  N# T* @8 c; T5 I  ^


" B+ W+ L. `4 S( \6 D: C


' F8 Y7 Y1 I4 u# h6 }

图4 试样宏观形貌


6 w9 A! w1 O! u7 q$ ^0 l  h

2.断口分析


1 D. ~* {- {0 F6 T) p- X, {
: N! s2 Y3 A) o* v
" `# N! t/ Y, c" h+ @: P
! g# x0 F2 E( O

图5   1号失效螺栓断口宏观形貌

4 b( ^0 |, o4 A2 O5 V
, X. D1 H) a  J0 L

$ C# v/ i9 F7 [$ L" O; O9 L" q! y0 P1 o# N9 t  v2 i

    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。


* c7 N7 z& B6 b; k( A


) I: G7 K. ?  x. x# f8 _7 ]

图6 断面A区形貌

6 i! B/ p0 X  m! y! U2 U


+ {& w+ w# L  J. b$ U! o; R

# i/ n6 E% E% ?; o# `: t" d

图7 断面A1区形貌

% D6 p' b3 K8 [* _1 ]' s


7 G+ n2 ?5 T5 }8 `. E" D7 Q


. k( d4 Y$ n2 e5 `0 L" Q

图8 断面A2区形貌
# k" Y7 [- {8 x  g

$ e8 S3 Q0 `) L. E0 d0 H, S0 b8 z

       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。


! T0 V; A" b" T* `) [


3 {% R% T! o/ [3 `

图9 断面B区形貌


) w9 O, W$ M5 i2 x- g


; M4 D, t% A6 H0 |  [2 ]- p+ B6 K

& C8 P$ R) b. v6 x3 N
图10 断面B1区形貌
5 _5 q" g! d$ C9 R& q' r) B7 S

; |" X$ P4 H$ }5 R
8 t' h6 J9 x- z$ B) Y  j4 d. m


! d1 r; F: I+ v% J4 q% U. n

图11 断面B2区形貌

& ~; i+ g' I) d# s

    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。


- h6 }& W/ O- |; s# c( R& E% {+ E6 C5 |

4 e0 O1 B, E7 }) _/ r6 g* w

图12 断面C区形貌


3 i! m7 P0 Y* L( `7 \) {

+ Q+ q! |0 ~: d$ a# {& s
2 |- z3 ~2 V# M8 J8 w, s) U0 m
& H' s' D1 d+ ?( H8 ]8 ~# g
; v' E& U6 h& j2 P+ A, s

. M, l. O0 H  a1 X  G

图14 断面D区形貌

, A# V  ?* C; K8 G9 F6 k

    断面D区可见大量韧窝,为螺栓瞬断区,如图15、16所示。

  ~/ u/ F0 R0 t3 |9 w/ e+ e

图15 断面D区形貌


" @9 I/ f# `0 _9 p! O+ Z

( W3 U  x3 V: Y

! {$ u" _  F7 ]6 B5 @- E, ~% W; o: i( n( M  o

图16 断面D区微观形貌

; G+ ?2 R" n* V  F9 z( b

3.金相检测

图17  1号断裂件芯部金相组织
+ U2 O1 E8 ?6 y( t- r  F! h

8 r  j( O0 [/ l


7 R' T# i- o/ v/ M7 z


# J2 n+ N# {* G1 F1 x6 n' Y

图18  2号断裂件芯部金相组织' P, A3 y) \( U" K: _


6 ?% e- q; k+ N% S; A$ k/ K

( f5 k+ B+ b* `9 ^9 E" u& T4 |


- J* O3 g, W5 K# [9 K

图19  完好件芯部金相组织; h0 K5 P* @( D  L0 l

- f1 H0 {  a9 R& c: N

    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。

- Z( P; R6 c8 T7 o3 Q' [! V! @2 c


3 R5 Y2 X+ {3 E' I6 w3 d

图20  1号断裂件螺纹表面组织

( j: x, o8 A4 Z) U! W

* d5 Y( V( h4 ~  G

- G( `% k& M; Y$ T: F7 @3 U
9 W+ V9 Y6 E* |9 O- e6 M

6 [0 R" A+ R0 ?

% B" i0 O% \" G8 `& Z% D" ^

$ X/ ]8 s% c- V

' P" q# ~3 m8 c0 a- ~

图22 完好件螺纹表面组织

' b- A: m& \) t+ u

     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。
* G+ z, E3 e- s, O4 {, s


' |- N  _7 P7 k: b


1 ^( {7 ^( C; \; p

图23  1号断裂件非金属夹杂物

7 Q; ]. O; Z" ?4 E) {7 J$ E4 f8 s


) `# G; u' v' p% B" t' G. c


/ h9 I, \3 g6 b- ~! F8 y

图24  2号断裂件非金属夹杂物

4 ~4 B# Y+ K* Q

7 {5 D* H% o6 n6 U1 J/ _( Y

图25  完好件非金属夹杂物


0 ]3 _  k0 E* i! `
1 e7 ~( M/ B- h1 i' I4 m0 `( W. A) l

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)。


% g9 @+ f! a8 P& ~( g* A

表1  脱(增)试验结果(HV0.3)


1 e' ?. f% Q  {) X/ V2 L& Y3 y+ t: j$ _+ m: M

% T/ j& \& C" _: [" \. q5 A

表2  螺栓化学成分(%)' W: Q1 \, [- `: B8 O- E

/ p2 u% I# b1 Z3 E1 m

$ m1 ~4 D: N* F

6.综合分析


4 ?( Q: z& \+ s

      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。

/ e  W6 b" ^0 h! y5 e! J* c

      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。

* T/ n/ `2 A  |( Y; p& d! A* O

评分

参与人数 1威望 +1 收起 理由
未来第一站 + 1 问题描述清楚,显得很专业!

查看全部评分

回复

使用道具 举报

发表于 2020-2-10 16:45:06 | 显示全部楼层
发现断裂时的安装状态很要紧。轮毂孔处的痕迹也很要紧。
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2020-2-10 20:01:51 | 显示全部楼层
感谢分享。
回复

使用道具 举报

发表于 2020-2-10 20:38:12 | 显示全部楼层
螺栓安装的时候最好要使用扭力扳手,特别是精密部件,不然,后期做的任何实验都无法做出合理的分析
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2020-2-10 22:44:04 | 显示全部楼层
好,描述清晰,格式规范
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2020-2-11 09:26:43 | 显示全部楼层
谢谢社友分享
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2020-2-11 12:06:28 | 显示全部楼层
螺栓热处理的问题
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2020-2-11 12:08:39 | 显示全部楼层
螺母头上是带锥度的,如果与螺栓的同心度做的不好,也容易断吧
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则

小黑屋|手机版|Archiver|机械社区 ( 京ICP备10217105号-1,京ICP证050210号,浙公网安备33038202004372号 )

GMT+8, 2025-4-2 18:21 , Processed in 0.059865 second(s), 15 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表