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六角電鍍螺栓斷裂失效分析

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瀏覽:- 發(fā)布日期:2020-07-07 13:35:19【


六角電鍍螺栓,規(guī)格為M8×12,性能等級為8.8級,材質(zhì)為SWRCH35K. 表面電鍍黃鋅。

在安裝時發(fā)生斷裂,對2件斷裂螺栓及部分未斷裂螺栓進行分析。

13.3.1  試驗過程與結(jié)果

對斷裂件和同批完好件進行目視檢查:該批螺栓為全螺紋螺栓,未斷裂螺栓上的裂紋均為橫向裂紋,多位于螺紋底部,個別在頭下。

位于頭下圓角處的裂紋,沿頭下圓角橫向分布,見圖13-19。

對斷裂件進行目視檢查:斷口起裂位置位于頭下螺紋收尾的第一螺紋牙底,見圖13-20。

斷口正面形貌觀察:斷口斷面右側(cè)有一圓弧形區(qū)域,表面銹蝕嚴重,該區(qū)域約占整個斷面面積的二分之一;斷面左側(cè)為一斜斷面,斜斷面為金屬本色,見圖13-21。

斷面掃描電鏡觀察,可見圓弧斷面與斜斷面之間存在明顯的反差,圓弧斷面表面氧化嚴重,顏色較深,而斜斷面為新鮮斷口,顏色較淺,見圖13-22。

未斷裂螺栓表面裂紋

圖13-19 未斷裂螺栓表面裂紋

圖13-20 斷裂螺栓斷口形貌

圖13-20   斷裂螺栓斷口形貌

圖13-21 斷口放大形貌

圖13-21  斷口放大形貌

圖13-22斷面掃描電鏡照片

圖13-22斷面掃描電鏡照片

斷面的掃描能譜分析,圓弧斷面氧含量較高且外側(cè)距邊緣1mm內(nèi)有較多的鋅,見圖13-23。

斷面圓弧區(qū)微觀可見其表面氧化嚴重,見圖13-24。

圖13-23 斷面能譜分析 斷面圓弧區(qū)微觀形貌

圖13-23 斷面能譜分析                   圖13-24 斷面圓弧區(qū)微觀形貌

斜斷面表面微觀可見拋物線形韌窩,并呈螺旋分布,推斷該螺栓是在扭轉(zhuǎn)載荷下發(fā)生斷裂,見圖13-25。

圖13-25 斜斷面表面微觀形貌

圖13-25 斜斷面表面微觀形貌

把同批未斷裂但螺紋底部有橫向裂紋的螺栓,進行金相檢查,螺紋底部的橫向裂紋走勢剛勁,尾端尖細,兩側(cè)碳勢正常,見圖13-26。

圖13-26 螺紋底部橫向裂紋形貌

圖13-26   螺紋底部橫向裂紋形貌

斷裂螺栓化學(xué)分析,用直讀光譜法對螺栓進行化學(xué)成分分析,其化學(xué)成分符合JIS G3507.1-2005標準中SWRCH35K鋼的要求。

對斷裂螺栓進行表面硬度梯度及心部硬度檢測,檢測結(jié)果為265~292 HV10,螺栓硬度在標準規(guī)定范圍之內(nèi)。

對斷裂螺栓進行金相組織檢查,金相組織為回火索氏體,見圖13-27。

圖13-27 螺栓金相組織

圖13-27  螺栓金相組織

13.3.3  分析與討論

螺栓斷口分為兩個區(qū)域,其中一個區(qū)域的弧形斷面氧化嚴重,且邊緣有電鍍時滲入的鋅,鋅應(yīng)來源于電鍍過程,由此可推斷在電鍍前該處已有裂紋。

另外,在同批送檢的未斷裂螺栓上也發(fā)現(xiàn)橫向裂紋,分別位于頭下或牙底,裂紋走勢剛勁,尾端尖細,兩側(cè)碳勢正常,可確定為淬火裂紋。

該批故障螺栓的斷裂和裂紋,都出現(xiàn)在螺栓應(yīng)力集中的頭下或牙底,這反映了裂紋與斷裂都出現(xiàn)在螺栓的特定部位,與材料無關(guān),也與加工和成型無關(guān),主要與熱處理的冷卻有關(guān)。如果螺栓淬火時冷卻過快,就會在應(yīng)力集中的頭下或牙底產(chǎn)生淬火裂紋。

該批故障螺栓為全螺紋,螺紋成型后,螺栓頭下的應(yīng)力集中大于牙底應(yīng)力集中,淬火時形成的裂紋,頭下裂紋比螺紋牙底裂紋深,在安裝應(yīng)力作用下,螺栓在頭下斷裂,螺紋牙底裂紋擴大。

由于螺栓頭下淬火裂紋較深,使得螺栓的有效承載面積顯著降低,其強度降低。滿足不了螺栓安裝要求。當安裝扭矩稍大一點(超過其承載強度)時,螺栓便發(fā)生扭轉(zhuǎn)斷裂。

另外,螺栓螺紋牙底淬火裂紋較淺,有效承載面積降低不多,在安裝扭矩作用下時,裂紋擴展但未斷裂。

13.3.3  結(jié)論與

(1)由于螺栓存在淬火裂紋,在安裝扭轉(zhuǎn)載荷作用下發(fā)生斷裂。

(2)由于螺栓頭下和牙底存在應(yīng)力集中,在熱處理淬火冷卻時,冷卻過快使應(yīng)力集中處形成淬火裂紋

(3)防止螺栓產(chǎn)生淬火裂紋,熱處理淬火前采用去應(yīng)力退火,或在淬火時控制淬火冷卻速度。


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