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12.9级六角头螺栓断裂失效分析

1. 概述

委托方提供两(liang)枚断(duan)裂(lie)螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)残(can)件(jian)(jian)及两(liang)件(jian)(jian)同(tong)批次完好螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan),两(liang)残(can)件(jian)(jian)为同(tong)一断(duan)裂(lie)件(jian)(jian)的(de)两(liang)部分,断(duan)口吻合。该螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)规格为M24×2×140,性(xing)能(neng)等(deng)级(ji)12.9级(ji),材质为35CrMo,样品表面(mian)发黑处理。该螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)安装(zhuang)在车(che)辆(liang)主(zhu)减速器轴承安装(zhuang)压盖上,安装(zhuang)扭(niu)矩900N•m,车(che)辆(liang)运(yun)行500小时(shi)后发现螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)断(duan)裂(lie)。图1所(suo)示为送检的(de)失效螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)与完好螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)宏观形(xing)貌,可见断(duan)裂(lie)位置位于螺(luo)纹(wen)部位,断(duan)面(mian)垂直(zhi)于螺(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)轴向,断(duan)面(mian)附(fu)近无明(ming)显宏观塑性(xing)变形(xing)。

送检螺栓宏观形貌

图1 送检螺栓宏观(guan)形貌(mao)

图2所(suo)示为(wei)经去油污处(chu)理(li)后的(de)(de)断面(mian)宏观照片,可(ke)见两断面(mian)上(shang)部区(qu)域(yu)均有一(yi)扇(shan)(shan)形(xing)腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)区(qu),扇(shan)(shan)形(xing)腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)区(qu)的(de)(de)圆心(xin)位于(yu)断口(kou)边(bian)缘的(de)(de)螺纹处(chu),该处(chu)锈(xiu)蚀(shi)(shi)特别(bie)严重,圆心(xin)外围则腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)相对(dui)较轻,呈灰褐色,扇(shan)(shan)形(xing)区(qu)域(yu)之外为(wei)新鲜断口(kou)。从断面(mian)条纹走向可(ke)知断裂源区(qu)即为(wei)扇(shan)(shan)形(xing)腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)区(qu)的(de)(de)圆心(xin)位置,该部位正好位于(yu)螺纹牙底。值(zhi)得(de)注意的(de)(de)是(shi),经比(bi)对(dui)发现,位于(yu)两断面(mian)上(shang)的(de)(de)扇(shan)(shan)形(xing)腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)区(qu)的(de)(de)外形(xing)完全吻(wen)合,这说(shuo)明(ming)腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)发生(sheng)在断口(kou)分离之前(qian),所(suo)以(yi)可(ke)排除(chu)由于(yu)断口(kou)后期(qi)保存不当(dang)造成腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)的(de)(de)可(ke)能。

断面宏观形貌

图2 断面宏(hong)观形(xing)貌(mao)

2. 扫(sao)描电(dian)镜断口分(fen)析

图3所(suo)(suo)(suo)示为断(duan)面扫描电镜(jing)宏观形(xing)(xing)貌,图中所(suo)(suo)(suo)示A区为断(duan)裂源区,即为图2中所(suo)(suo)(suo)示的(de)扇形(xing)(xing)腐蚀(shi)区的(de)圆心位(wei)置,另外(wai)可见裂纹源外(wai)侧(ce)的(de)螺纹面上(shang)也有腐蚀(shi)造成的(de)麻坑(keng)。

 断裂源区宏观形貌

图3 断裂源区(qu)宏(hong)观形貌

图4所(suo)示为裂纹源区外侧螺纹面上的形(xing)貌,可见由腐蚀造成的麻坑

螺纹面上的腐蚀麻坑

图(tu)5所示为裂纹(wen)源区能谱分析结果,可(ke)见断面(mian)腐蚀产物中含有Cl、S等(deng)元素。

断裂源区能谱分析

图(tu)6、图(tu)7所示为经清(qing)洗(xi)后(hou)的裂纹(wen)源区微观照片,可(ke)见冰糖(tang)状沿晶形貌(mao),并伴(ban)有晶界(jie)二次裂纹(wen),图(tu)7所示还可(ke)见晶面上有少(shao)量鸡爪痕。

断裂源区微观形貌

图6 断(duan)裂(lie)源区微观形貌

图7 断裂源区微观(guan)形貌

图8所示为断面(mian)快速扩展(zhan)区微观形(xing)貌,可见准(zhun)解(jie)理形(xing)貌。

断面快速扩展区微观形貌

图(tu)8 断面快(kuai)速(su)扩(kuo)展区微(wei)观形貌

图(tu)9所示为(wei)试样断面终断区微观形(xing)貌(mao),可见韧(ren)窝形(xing)貌(mao)。

图9 断面终断区(qu)微观形貌

3. 金相检(jian)测

图10所(suo)示为断(duan)裂(lie)螺栓芯(xin)部金相组(zu)织,为回火索(suo)氏体组(zu)织。

试样芯部金相组织

图10 试(shi)样芯部金相(xiang)组织

图11所(suo)示断裂螺栓纵向剖面非金属(shu)夹(jia)杂(za)物评定,根据“GB-T 10561-2005 钢中(zhong)非金属(shu)夹(jia)杂(za)物含(han)量的测定标(biao)准”可评定为D类(球(qiu)状氧化物夹(jia)杂(za),细(xi)系)1.5级。

断裂螺栓非金属夹杂物评定

图(tu)11 断裂(lie)螺栓非(fei)金属夹杂物评定

图12所示为断裂(lie)螺(luo)栓完好螺(luo)纹(wen)处(chu)金相组织(zhi),可见螺(luo)纹(wen)牙侧碳势正常,螺(luo)纹(wen)牙顶存在(zai)折(zhe)(zhe)叠(die)(die),但折(zhe)(zhe)叠(die)(die)深度未超过牙高(gao)的1/4,根据“GB/T 5779.1-2000”规定,此类折(zhe)(zhe)叠(die)(die)允(yun)许存在(zai),且牙顶折(zhe)(zhe)叠(die)(die)不是(shi)造成螺(luo)栓断裂(lie)的原因。

图12 断(duan)裂螺栓(shuan)螺纹金相

4. 硬度检测

对断裂螺栓进行硬度试验,结果如表1所示,螺栓芯部硬度已接近“GB/T 3098.1-2010紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱”标准中对12.9级螺栓硬度要求的上限。

表1 断裂(lie)螺栓硬度检测结果

断裂螺栓硬度检测结果

5. 螺(luo)栓(shuan)材质分析(xi)

表2 断裂(lie)螺栓化学成分

采用直读光谱法(fa)对断裂螺栓(shuan)进行化(hua)学成分分析,结果如表(biao)(biao)2所示(shi),化(hua)学成分符合(he)“GB/T3077-1999”标准中对35CrMo钢(gang)的要求(qiu),如表(biao)(biao)2所示(shi)。

断裂螺栓化学成分

6. 螺栓(shuan)氢含量测定

对断(duan)裂(lie)件(jian)及完好(hao)件(jian)分别(bie)进(jin)行氢含量(liang)检测,结果(guo)如表(biao)3所示。完好(hao)螺(luo)栓氢含量(liang)较(jiao)低,断(duan)裂(lie)螺(luo)栓芯部氢含量(liang)也未见明显异常,唯独裂(lie)纹源(yuan)附近氢含量(liang)较(jiao)高(gao),这(zhei)说明螺(luo)栓的(de)制造工艺未导(dao)致(zhi)明显的(de)渗(shen)氢,裂(lie)纹源(yuan)处(chu)的(de)氢应(ying)来自外来介质腐蚀。

表(biao)3 螺栓氢含量检测

螺栓氢含量检测

7.综(zong)合分(fen)析

断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)螺(luo)栓(shuan)断(duan)(duan)(duan)口附近未见(jian)明(ming)显宏(hong)观塑(su)性(xing)变形,断(duan)(duan)(duan)面大面积为(wei)沿(yan)晶(jing)、准解(jie)理形貌,为(wei)脆性(xing)断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie);裂(lie)(lie)(lie)纹(wen)源(yuan)位于(yu)螺(luo)纹(wen)牙底,该处(chu)腐蚀严(yan)重(zhong),能谱(pu)分析显示腐蚀产物(wu)中含(han)有(you)Cl、S等元(yuan)素(su);氢含(han)量检测结果表明(ming),裂(lie)(lie)(lie)纹(wen)源(yuan)处(chu)氢含(han)量较高,其余部(bu)位较低,完好螺(luo)栓(shuan)也未见(jian)渗氢。断(duan)(duan)(duan)面微观形貌显示,裂(lie)(lie)(lie)纹(wen)源(yuan)处(chu)为(wei)沿(yan)晶(jing)断(duan)(duan)(duan)口,并伴有(you)晶(jing)间二次裂(lie)(lie)(lie)纹(wen)及(ji)晶(jing)面鸡爪痕,呈氢脆断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)特(te)征(zheng)。综上(shang)分析可知,螺(luo)栓(shuan)是受到外(wai)来物(wu)质腐蚀后,导致局部(bu)渗氢并引起氢脆断(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)。

8. 结论。

一、螺栓的断裂性质为氢脆;

二、引(yin)起螺(luo)(luo)栓氢脆(cui)断裂的原(yuan)因是螺(luo)(luo)栓受(shou)到外来(lai)介质腐(fu)蚀而导致(zhi)局部渗(shen)氢;

三、螺栓化学成分、硬度均(jun)符合标准要求,金(jin)相组织正常。

王一博 上一页 下一页 尾页 第(di)4页(ye), 共(gong)10页(ye)

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