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恰好是少年 质量分析(xi)

12.9级六角头螺栓断裂失效分析

1. 概述

委托方提供(gong)两(liang)枚断(duan)裂(lie)螺栓(shuan)(shuan)残件及两(liang)件同批次完好螺栓(shuan)(shuan),两(liang)残件为同一断(duan)裂(lie)件的两(liang)部(bu)(bu)分,断(duan)口(kou)吻合。该螺栓(shuan)(shuan)规格为M24×2×140,性(xing)能等级12.9级,材质为35CrMo,样品表(biao)面发黑处理。该螺栓(shuan)(shuan)安装在(zai)车辆(liang)主减(jian)速(su)器轴承安装压(ya)盖上,安装扭(niu)矩(ju)900N•m,车辆(liang)运行(xing)500小时后(hou)发现螺栓(shuan)(shuan)断(duan)裂(lie)。图1所示为送检(jian)的失(shi)效螺栓(shuan)(shuan)与完好螺栓(shuan)(shuan)宏观(guan)(guan)形(xing)貌,可见断(duan)裂(lie)位(wei)置位(wei)于螺纹部(bu)(bu)位(wei),断(duan)面垂直于螺栓(shuan)(shuan)轴向,断(duan)面附近无明显宏观(guan)(guan)塑(su)性(xing)变形(xing)。

送检螺栓宏观形貌

图(tu)1 送检螺栓宏观形貌

图2所(suo)示为经(jing)(jing)去油污(wu)处理后(hou)的(de)(de)断(duan)(duan)面(mian)宏观照(zhao)片,可(ke)见两(liang)断(duan)(duan)面(mian)上(shang)部区(qu)(qu)域均有一(yi)扇(shan)形腐(fu)蚀(shi)(shi)区(qu)(qu),扇(shan)形腐(fu)蚀(shi)(shi)区(qu)(qu)的(de)(de)圆(yuan)心(xin)位于(yu)断(duan)(duan)口(kou)边缘的(de)(de)螺纹(wen)处,该(gai)处锈(xiu)蚀(shi)(shi)特别(bie)严重,圆(yuan)心(xin)外(wai)围则(ze)腐(fu)蚀(shi)(shi)相对(dui)较(jiao)轻(qing),呈灰褐色,扇(shan)形区(qu)(qu)域之外(wai)为新鲜断(duan)(duan)口(kou)。从断(duan)(duan)面(mian)条纹(wen)走向可(ke)知断(duan)(duan)裂源区(qu)(qu)即为扇(shan)形腐(fu)蚀(shi)(shi)区(qu)(qu)的(de)(de)圆(yuan)心(xin)位置,该(gai)部位正好位于(yu)螺纹(wen)牙底。值得注意的(de)(de)是,经(jing)(jing)比对(dui)发(fa)现(xian),位于(yu)两(liang)断(duan)(duan)面(mian)上(shang)的(de)(de)扇(shan)形腐(fu)蚀(shi)(shi)区(qu)(qu)的(de)(de)外(wai)形完全吻合(he),这说明腐(fu)蚀(shi)(shi)发(fa)生(sheng)在断(duan)(duan)口(kou)分离之前,所(suo)以(yi)可(ke)排除由于(yu)断(duan)(duan)口(kou)后(hou)期保存不(bu)当造(zao)成腐(fu)蚀(shi)(shi)的(de)(de)可(ke)能。

断面宏观形貌

图2 断面宏(hong)观形貌

2. 扫描电镜(jing)断口分析(xi)

图(tu)3所(suo)示为(wei)断面扫描电镜宏观形貌,图(tu)中所(suo)示A区为(wei)断裂(lie)(lie)源区,即(ji)为(wei)图(tu)2中所(suo)示的(de)扇形腐(fu)蚀(shi)区的(de)圆心位(wei)置,另外可(ke)见裂(lie)(lie)纹源外侧的(de)螺纹面上(shang)也(ye)有腐(fu)蚀(shi)造成的(de)麻(ma)坑。

 断裂源区宏观形貌

图3 断(duan)裂源区(qu)宏观形貌

图4所示为裂纹源(yuan)区(qu)外侧螺纹面上的形貌(mao),可(ke)见由腐蚀造成的麻坑

螺纹面上的腐蚀麻坑

图5所(suo)示为裂纹源(yuan)区能谱分析结果(guo),可见(jian)断面腐蚀产物中含有Cl、S等(deng)元素。

断裂源区能谱分析

图(tu)(tu)6、图(tu)(tu)7所(suo)示(shi)为经清洗后(hou)的裂纹(wen)源区微观照片,可见冰糖状(zhuang)沿(yan)晶(jing)形貌,并伴有晶(jing)界二(er)次(ci)裂纹(wen),图(tu)(tu)7所(suo)示(shi)还可见晶(jing)面(mian)上有少(shao)量(liang)鸡爪痕。

断裂源区微观形貌

图6 断裂源区微观(guan)形貌

图7 断裂源区微(wei)观形貌

图(tu)8所示为断面快(kuai)速扩(kuo)展区(qu)微观形(xing)貌(mao),可(ke)见准解理形(xing)貌(mao)。

断面快速扩展区微观形貌

图8 断面(mian)快速扩展(zhan)区微观形貌

图9所示为试样断面终断区微观(guan)形貌,可见韧窝(wo)形貌。

图9 断(duan)(duan)面终断(duan)(duan)区微观形貌

3. 金相检测(ce)

图10所示(shi)为断裂螺(luo)栓芯部金相组(zu)织(zhi),为回火索氏体组(zu)织(zhi)。

试样芯部金相组织

图10 试样(yang)芯部金相组织(zhi)

图11所(suo)示断裂螺栓(shuan)纵(zong)向剖面非金(jin)属(shu)夹杂物评定,根据“GB-T 10561-2005 钢中非金(jin)属(shu)夹杂物含(han)量的(de)测(ce)定标准”可(ke)评定为D类(球状氧化物夹杂,细系(xi))1.5级。

断裂螺栓非金属夹杂物评定

图11 断裂螺栓非金属夹(jia)杂物评定

图(tu)12所示为断裂螺栓(shuan)(shuan)完好螺纹处金相组织(zhi),可见(jian)螺纹牙(ya)侧碳势(shi)正常,螺纹牙(ya)顶(ding)存在折叠(die),但(dan)折叠(die)深(shen)度未超过牙(ya)高的1/4,根据“GB/T 5779.1-2000”规定,此类(lei)折叠(die)允许存在,且牙(ya)顶(ding)折叠(die)不(bu)是造(zao)成螺栓(shuan)(shuan)断裂的原因(yin)。

图12 断裂(lie)螺栓螺纹金相

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 断裂螺栓硬度检测结果

断裂螺栓硬度检测结果

5. 螺栓(shuan)材质分析

表2 断裂螺栓化(hua)学成(cheng)分

采(cai)用(yong)直(zhi)读光谱法对断(duan)裂(lie)螺栓(shuan)进行化学成分分析,结果如(ru)表(biao)2所示,化学成分符合“GB/T3077-1999”标准中对35CrMo钢(gang)的要求,如(ru)表(biao)2所示。

断裂螺栓化学成分

6. 螺栓(shuan)氢含量(liang)测定(ding)

对断裂件及完好件分别进行氢(qing)(qing)含(han)量(liang)检(jian)测,结果如表3所示。完好螺(luo)栓氢(qing)(qing)含(han)量(liang)较低,断裂螺(luo)栓芯部氢(qing)(qing)含(han)量(liang)也(ye)未(wei)见(jian)明显异常,唯独裂纹源附近氢(qing)(qing)含(han)量(liang)较高,这(zhei)说明螺(luo)栓的制造工艺未(wei)导致明显的渗氢(qing)(qing),裂纹源处的氢(qing)(qing)应来自(zi)外(wai)来介质腐蚀。

表3 螺栓(shuan)氢含量检测

螺栓氢含量检测

7.综(zong)合分(fen)析

断(duan)(duan)裂螺(luo)栓(shuan)断(duan)(duan)口附近未(wei)见(jian)明显(xian)(xian)宏观塑性(xing)变(bian)形(xing),断(duan)(duan)面大面积(ji)为(wei)(wei)沿晶(jing)、准解理形(xing)貌,为(wei)(wei)脆性(xing)断(duan)(duan)裂;裂纹(wen)源位于螺(luo)纹(wen)牙(ya)底,该(gai)处(chu)腐蚀(shi)严(yan)重,能(neng)谱分析(xi)显(xian)(xian)示腐蚀(shi)产物(wu)中含(han)有Cl、S等(deng)元素;氢(qing)(qing)含(han)量检测结果(guo)表(biao)明,裂纹(wen)源处(chu)氢(qing)(qing)含(han)量较高,其余(yu)部(bu)(bu)位较低,完(wan)好螺(luo)栓(shuan)也未(wei)见(jian)渗氢(qing)(qing)。断(duan)(duan)面微观形(xing)貌显(xian)(xian)示,裂纹(wen)源处(chu)为(wei)(wei)沿晶(jing)断(duan)(duan)口,并(bing)伴(ban)有晶(jing)间二次(ci)裂纹(wen)及晶(jing)面鸡爪(zhua)痕,呈(cheng)氢(qing)(qing)脆断(duan)(duan)裂特征。综上(shang)分析(xi)可(ke)知,螺(luo)栓(shuan)是受到外来物(wu)质(zhi)腐蚀(shi)后,导致(zhi)局(ju)部(bu)(bu)渗氢(qing)(qing)并(bing)引起氢(qing)(qing)脆断(duan)(duan)裂。

8. 结论。

一、螺(luo)栓的断裂性(xing)质为氢脆;

二(er)、引起螺栓(shuan)氢(qing)脆(cui)断裂(lie)的原因是螺栓(shuan)受到外来(lai)介质(zhi)腐(fu)蚀而导致局部渗氢(qing);

三、螺(luo)栓化学成(cheng)分、硬度均(jun)符合标准要(yao)求,金相组织正常。

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