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你不知道輪轂螺栓斷裂的二三事

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瀏覽◕☁•:- 釋出日期◕☁•:2020-01-14 11:33:08【

1.概述

     現有輪轂螺栓斷裂殘件2件╃·│↟◕,完好件4件╃·│↟◕,等級為10.9級╃·│↟◕,材質為SCM435╃·│↟◕,螺母三件╃·│↟◕,安裝於車輛輪轂處╃·│↟◕,服役過程中失效╃·│↟◕,要求分析失效原因▩│·。圖1~4所示為試樣宏觀形貌╃·│↟◕,螺栓斷裂位置為螺紋收尾處╃·│↟◕,斷口及斷口附近均未見明顯的塑性變形╃·│↟◕,斷面內部分割槽域存在磨損痕跡▩│·。螺母中(圖3所示)╃·│↟◕,兩件表面磨損嚴重(3所示1₪☁╃、2號樣)╃·│↟◕,一件表面輕微磨損(圖3所示3號樣)╃·│↟◕,檢測螺母螺紋╃·│↟◕,發現1號螺母約1/2的內螺紋已經嚴重磨損(圖4紅色虛線所示)▩│·。

試樣宏觀形貌


圖1  試樣宏觀形貌


試樣宏觀形貌


圖2 試樣宏觀形貌


試樣宏觀形貌


圖3 試樣宏觀形貌


試樣宏觀形貌


圖4 試樣宏觀形貌

2.斷口分析

      任取一件失效件進行斷口掃描╃·│↟◕,圖5所示為2號失效螺栓斷口的宏觀形貌╃·│↟◕,斷面較平整╃·│↟◕,斷口附近無明顯塑性變形;斷口邊緣可見輪輻狀臺階╃·│↟◕,斷面內可見明顯的“貝紋線”╃·│↟◕,由左₪☁╃、右₪☁╃、下側邊緣向中心擴充套件(圖5紅色箭頭所示)▩│·。將斷口分為A₪☁╃、B₪☁╃、C₪☁╃、D四個區域進一步描述▩│·。


1號失效螺栓斷口宏觀形貌


圖5   1號失效螺栓斷口宏觀形貌


   

    圖6~8所示為A區形貌╃·│↟◕,可見該區斷口靠近邊緣(A1區)存在輪輻狀臺階╃·│↟◕,微觀可見磨損痕跡╃·│↟◕,靠近芯部(A2區)可見疲勞輝紋▩│·。



圖6 斷面A區形貌


圖7 斷面A1區形貌


圖7 斷面A1區形貌


圖8 斷面A2區形貌


圖8 斷面A2區形貌


       圖9~11所示為B區形貌╃·│↟◕,可見該區斷口清晰的貝紋線╃·│↟◕,起源於斷口邊緣向中部擴充套件╃·│↟◕,靠近邊緣部(B1區)可見磨損痕跡╃·│↟◕,靠近芯部(B2區)可見疲勞輝紋▩│·。


圖9 斷面B區形貌



圖9 斷面B區形貌


圖10 斷面B1區形貌


圖10 斷面B1區形貌



圖11 斷面B2區形貌


圖11 斷面B2區形貌


    圖12~14所示為C區形貌╃·│↟◕,可見該區斷口靠近邊緣(C1區)可見輪輻狀臺階╃·│↟◕,微觀下可見磨損痕跡╃·│↟◕,靠近芯部(C2區)可見少量韌窩▩│·。



圖12斷面C區形貌


圖12 斷面C區形貌


斷面C1區形貌


圖13 斷面C1區形貌


360截圖20200114124502584


圖14 斷面D區形貌


    斷面D區可見大量韌窩╃·│↟◕,為螺栓瞬斷區╃·│↟◕,如圖15₪☁╃、16所示▩│·。


圖15 斷面D區形貌



圖15 斷面D區形貌


圖16 斷面D區微觀形貌


圖16 斷面D區微觀形貌

3.金相檢測

      圖17₪☁╃、18₪☁╃、19所示分別為1₪☁╃、2號斷裂件和完好件芯部的金相組織╃·│↟◕,均為均勻的索氏體組織╃·│↟◕,無異常▩│·。


1號斷裂件芯部金相組織


圖17  1號斷裂件芯部金相組織


2號斷裂件芯部金相組織


圖18  2號斷裂件芯部金相組織


;完好件芯部金相組織


圖19  完好件芯部金相組織


    圖20~22所示分別為1₪☁╃、2號斷裂件和完好件的螺紋表面組織╃·│↟◕,未見表面不連續性缺陷▩│·。


1號斷裂件螺紋表面組織


圖20  1號斷裂件螺紋表面組織


360截圖20200114132059743


圖21  2號斷裂件螺紋表面組織


360截圖20200114132129807


圖22 完好件螺紋表面組織


     圖23₪☁╃、24₪☁╃、25所示分別為斷裂件和完好件的非金屬夾雜物照片╃·│↟◕,根據“GB/T 10561-2005”標準可判定斷裂件和完好件均為D類球狀氧化物(細系)1級▩│·。

1號斷裂件非金屬夾雜物


圖23  1號斷裂件非金屬夾雜物


2號斷裂件非金屬夾雜物


圖24  2號斷裂件非金屬夾雜物


完好件非金屬夾雜物


圖25  完好件非金屬夾雜物



4.效能檢測

      對螺栓進行脫(增)碳檢測╃·│↟◕,結果如表1所示╃·│↟◕,根據“ISO 898-1:2013”中對10.9級螺栓的要求╃·│↟◕,可判定為螺栓斷裂件與完好件均符合標準要求╃·│↟◕,斷裂件與完好件的芯部硬度滿足委技術要求(芯部硬度34-38HRC)▩│·。


表1  脫(增)試驗結果(HV0.3)



螺栓效能測試

表2  螺栓化學成分(%)

360截圖20200114141341254

6.綜合分析


      螺栓斷口形貌顯示╃·│↟◕,宏觀可見斷面邊緣存在輪輻狀臺階╃·│↟◕,瞬斷區位於接近斷面中部位置╃·│↟◕,“貝紋線”清晰可見╃·│↟◕,分佈瞬斷區兩側╃·│↟◕,呈典型的多源疲勞斷裂特徵▩│·。通常情況下╃·│↟◕,緊韌體疲勞失效的原因為◕☁•:產品質量存在問題╃·│↟◕,裝配工藝不合理╃·│↟◕,後期維護不到位等▩│·。


      在本案例中╃·│↟◕,螺栓芯部金相組織₪☁╃、化學成分₪☁╃、洛氏硬度等指標均未發現明顯異常▩│·。螺紋表面未發現脫碳現象或不連續性缺陷▩│·。另一方面╃·│↟◕,從工況上分析╃·│↟◕,輪轂螺栓在正常預緊狀態下╃·│↟◕,主要受軸向拉伸載荷▩│·。但是╃·│↟◕,如果螺栓在安裝時由於預緊力不一致╃·│↟◕,沒有采取有效的防松措施╃·│↟◕,在服役時易發生鬆動而承受額外的剪下₪☁╃、彎曲載荷╃·│↟◕,導致其服役時在應力集中位置萌生疲勞裂紋▩│·。試樣宏觀形貌顯示╃·│↟◕,其中一件螺母近1/2內螺紋嚴重磨損╃·│↟◕,表明螺栓失效前該組合件可能已發生鬆動▩│·。

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    【本文標籤】◕☁•:螺栓檢測試驗 螺栓疲勞斷裂試驗 螺栓疲勞斷裂試驗分析
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