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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）。  5 _7 T2 x1 K# N9 Y1 f0 z
; `2 k" s* ~4 J. R: H图1 试样宏观形貌 6 ?+ c7 o4 i# r3 m4 \
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图2 试样宏观形貌 " Q0 A; ^" o6 N+ J* F. O
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; B$ J- S. @ J* u3 X" J图3 试样宏观形貌+ p5 z( B' F/ }! w/ d }
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& M& y5 @7 Y& m图4 试样宏观形貌
6 u0 [- P" \: g t2.断口分析
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图5 1号失效螺栓断口宏观形貌 # D( f& g: r' x3 j* h9 t: I3 n2 G2 n
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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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" F9 U/ k5 h' O, y2 A图6 断面A区形貌 - v7 `6 K! ]/ z! c8 L- K; U% }
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6 C2 G1 e. e }图7 断面A1区形貌
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+ L; W! r! B; W; Z图8 断面A2区形貌
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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。
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图9 断面B区形貌 
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图10 断面B1区形貌
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: l0 E9 Y& f6 O+ j' i图11 断面B2区形貌 ( \, {% c7 B8 o
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 k" U# E, j7 Q$ C2 s
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图14 断面D区形貌 + j& s! N _! [' z( R! l: \
断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。  + D6 e$ D7 A2 {( s
图15 断面D区形貌 : r# M+ ?# G! ~# v
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7 n2 L5 r: ] A3 b" z+ {9 y. R6 V( _图16 断面D区微观形貌
4 ?* e2 W9 c! o" A3.金相检测 图17 1号断裂件芯部金相组织
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# x4 v* ?2 {; h0 G# p " y" `/ [8 y; _4 U: H) j7 r' ?0 L
1 ^& Z+ f( t; }, o3 j图18 2号断裂件芯部金相组织
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M+ n! B7 n7 R( v" Z( N9 y2 T- y图19 完好件芯部金相组织* g: @6 M3 K" ^( v$ s8 \
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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。 ' F j* V/ F- X! D% k7 f
7 u* x7 ?/ E% u+ h0 X; E$ F图20 1号断裂件螺纹表面组织 , X8 s. \. l3 }% z
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图22 完好件螺纹表面组织
, w) c3 x% w6 q1 k 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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N# X0 ]- f' C" P$ c图23 1号断裂件非金属夹杂物
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" t) U/ y' D3 n5 }
图24 2号断裂件非金属夹杂物
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图25 完好件非金属夹杂物 - }; X* p" G) `5 @ u7 `
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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）。
0 F, t, ]; r, D* C3 [表1 脱（增）试验结果（HV0.3）
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表2 螺栓化学成分（%）, S! H5 [+ n8 _5 j) |; w x* U
 , ]* H4 ]" @# v) n8 Q# ~
/ d+ ?$ Z. g; O% v6 w3 e3 g: P6.综合分析 ) s; z, f9 X- N" Y, p: N- j
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。
; W9 o+ `' r& a: A2 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。 ' V8 o- k! J( Y( ?2 z. H
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发表于 2020-2-10 14:32:36
