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分享·╃│✘:某挖掘機高強螺栓斷裂原因分析

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瀏覽·╃│✘:- 釋出日期·╃│✘:2022-07-29 09:37:53【

摘 要:某挖掘機連線下車架與迴轉支承的36支高強螺栓在使用過程中全部發生斷裂.採用 宏觀檢驗·↟、化學成分分析·↟、力學效能測試·↟、金相檢驗等方法,結合螺栓裝配·↟、挖機工況等因素,對該批 螺栓斷裂的原因進行了調查分析.結果表明:螺栓斷裂的性質為疲勞斷裂;斷裂的原因是螺栓裝配 不良,導致螺栓在使用中輕微鬆動,在挖掘機工作過程中的剪下力作用下,螺栓鬆動處產生疲勞裂 紋,最終導致螺栓斷裂. 

關鍵詞:高強螺栓;斷裂;疲勞;裝配不良 

中圖分類號:TG115.2           文獻標誌碼:B            文章編號:1001G4012(2017)03G0204G04


高強螺栓是挖掘機上連線重要零部件的主要零 件,螺栓本身的製造質量和裝配質量對螺栓的使用 效能有直接影響.某挖機在使用1128h後出現連 接下車架與迴轉支承的36支緊固高強螺栓全部斷 裂的故障,不僅給使用者造成了停工損失,也給主機廠 造成了很大的經濟損失. 

該高強螺栓材料為40Cr鋼,尺寸為M22mm× 75mm,強度級別為10.9級.螺栓的生產工藝流程 為:熱軋盤→冷拔→球化(軟化)退火→機械除鏽→ 酸洗磷化→冷拔→冷鐓成形→螺紋加工→熱處理→ 檢驗.為了徹底查清該高強螺栓斷裂的原因並預防 故障的再次發生,筆者對其進行了檢驗和分析.  

1 理化檢驗 

1.1 宏觀檢驗 

挖機作業現場的36支高強螺栓全部斷裂,返回 工廠進行檢驗和分析的螺栓共計16支,其餘螺栓未 返回.返回的16支斷裂螺栓長度基本一致,螺栓原 長75mm,斷裂後長度50mm,斷裂螺栓外觀見圖1.

螺栓斷口宏觀形貌見圖2,其中方框區域為疲 勞斷口的擴充套件區.16支斷裂螺栓中,全疲勞斷口的 螺栓有6件,見圖2(a);半疲勞斷口的螺栓有4件, 見圖2(b);小面積疲勞斷口的螺栓有2件,見圖2 (c);過載斷口的螺栓有4件,見圖2(d).小面積疲 勞斷口和過載斷口主要是由於過載斷裂引起的,因 此下面主要對全疲勞斷口和半疲勞斷口進行分析. 從圖2(a),(b)中的螺栓斷口宏觀形貌可以看 出,斷裂部位沒有明顯的宏觀塑性變形痕跡,斷裂起 源於螺紋牙底位置,斷口表面有明顯的裂紋擴充套件留 下的海灘狀花紋,說明斷口為疲勞斷口,斷裂屬於疲 勞斷裂.裂紋源處存在較多的臺階,說明裂紋並非 起源於一點而是起源於多處.圖2(a)和(b)中斷口 的疲勞擴充套件區面積分別約佔整個斷口面積的95% 和50%,表 明 螺 栓 在 使 用 過 程 中 承 受 的 應 力 較小[1].

螺栓的四種斷口宏觀

1.2 化學成分分析

 對斷裂螺栓取樣,使用 QRG4D型碳硫分析儀和 JSG5型電腦多元素分析儀進行化學成分分析,結果 如表1所示.可見螺栓材料的化學成分符合 GB/T 3077-2015«合金結構鋼»對40Cr鋼的成分要求.

1.3 力學效能測試 

由於斷裂後的螺栓長度不夠,因此無法進行拉 伸試驗.對斷裂螺栓取樣進行硬度試驗和衝擊試 驗,硬度測試的部位為螺栓的六方頭,衝擊試驗的取 樣位置接近螺紋表面,試驗結果見表2,可見結果符 合 GB/T3098.1-2010«緊韌體機械效能 螺栓•✘、螺 釘和螺柱»對10.9級螺栓的要求.

1.4 金相檢驗 

使用 SJPG6A 型 金 相 顯 微 鏡 對 斷 裂 螺 栓 進 行 金相檢驗,結 果 顯 示 螺 栓 的 顯 微 組 織 為 細 回 火 索 氏 體,如 圖 3 所 示,符 合 GB/T3098.1-2010 的 要求. 

1.5 酸蝕低倍檢驗 

對4種斷口螺栓進行酸蝕低倍檢驗,檢視螺栓 的外觀是否存在缺陷.試驗方法依據 GB/T226- 2015«鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法»,用1∶1(體 積比)鹽酸溶液熱腐蝕螺栓15min後,用熱水清洗 乾淨,再用吹風機吹乾. 4種斷口螺栓的酸蝕低倍檢驗結果如圖4~7 所示,4種螺栓的外觀均未發現影響螺栓強度的明 顯的製造缺陷.