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海贼王 质量分析(xi)

12.9级六角头螺栓断裂失效分析

1. 概(gai)述

委托(tuo)方提(ti)供(gong)两(liang)枚(mei)断(duan)(duan)裂(lie)螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)残件(jian)(jian)及两(liang)件(jian)(jian)同(tong)批次完好螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan),两(liang)残件(jian)(jian)为同(tong)一断(duan)(duan)裂(lie)件(jian)(jian)的两(liang)部分,断(duan)(duan)口吻合。该螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)规格(ge)为M24×2×140,性(xing)能(neng)等级12.9级,材质(zhi)为35CrMo,样品表面(mian)发黑处理。该螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)安装(zhuang)(zhuang)在(zai)车(che)辆主减速器轴承(cheng)安装(zhuang)(zhuang)压盖上,安装(zhuang)(zhuang)扭(niu)矩900N•m,车(che)辆运行500小时后发现(xian)螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)断(duan)(duan)裂(lie)。图1所示为送检的失效螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)与完好螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)宏观形貌,可见断(duan)(duan)裂(lie)位(wei)(wei)置位(wei)(wei)于螺(luo)(luo)纹(wen)部位(wei)(wei),断(duan)(duan)面(mian)垂直于螺(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)(shuan)(shuan)轴向,断(duan)(duan)面(mian)附(fu)近无明(ming)显(xian)宏观塑性(xing)变形。

送检螺栓宏观形貌

图1 送检(jian)螺(luo)栓宏(hong)观形貌

图2所(suo)示为(wei)经去油污(wu)处理后(hou)(hou)的(de)(de)断(duan)(duan)面(mian)宏观照片,可(ke)见两断(duan)(duan)面(mian)上(shang)部区(qu)域(yu)均有一扇(shan)形(xing)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀区(qu),扇(shan)形(xing)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀区(qu)的(de)(de)圆(yuan)心(xin)位于断(duan)(duan)口(kou)边(bian)缘的(de)(de)螺纹处,该处锈(xiu)蚀特别严重,圆(yuan)心(xin)外围则腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀相对(dui)(dui)较(jiao)轻,呈灰褐色,扇(shan)形(xing)区(qu)域(yu)之(zhi)外为(wei)新鲜断(duan)(duan)口(kou)。从断(duan)(duan)面(mian)条纹走向可(ke)知(zhi)断(duan)(duan)裂源区(qu)即为(wei)扇(shan)形(xing)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀区(qu)的(de)(de)圆(yuan)心(xin)位置(zhi),该部位正好(hao)位于螺纹牙底(di)。值得注意的(de)(de)是,经比对(dui)(dui)发现(xian),位于两断(duan)(duan)面(mian)上(shang)的(de)(de)扇(shan)形(xing)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀区(qu)的(de)(de)外形(xing)完全吻合(he),这说明腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀发生在断(duan)(duan)口(kou)分离之(zhi)前(qian),所(suo)以可(ke)排(pai)除(chu)由于断(duan)(duan)口(kou)后(hou)(hou)期保存不当造成(cheng)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀的(de)(de)可(ke)能。

断面宏观形貌

图2 断面宏观形貌(mao)

2. 扫(sao)描(miao)电镜断口分(fen)析

图3所(suo)示为断(duan)面扫描(miao)电镜宏观形貌,图中所(suo)示A区为断(duan)裂(lie)源(yuan)区,即为图2中所(suo)示的扇形腐蚀区的圆心位置(zhi),另外可见裂(lie)纹源(yuan)外侧的螺纹面上也有腐蚀造成的麻坑。

 断裂源区宏观形貌

图3 断裂(lie)源区宏观形貌

图4所示为裂纹(wen)源(yuan)区外(wai)侧螺纹(wen)面上的形貌,可(ke)见由(you)腐蚀造成的麻坑

螺纹面上的腐蚀麻坑

图(tu)5所(suo)示为裂(lie)纹源区能(neng)谱分析结果,可见断面腐(fu)蚀产物(wu)中含有Cl、S等(deng)元素。

断裂源区能谱分析

图6、图7所(suo)示为经(jing)清(qing)洗(xi)后的裂纹源区微观(guan)照片,可(ke)见(jian)冰糖(tang)状沿晶(jing)形貌,并伴有(you)晶(jing)界二次裂纹,图7所(suo)示还可(ke)见(jian)晶(jing)面上有(you)少量鸡爪痕。

断裂源区微观形貌

图6 断(duan)裂源区(qu)微观形(xing)貌

图7 断裂源区微观形貌

图8所示为断面快(kuai)速扩展区微(wei)观形貌,可见准解理形貌。

断面快速扩展区微观形貌

图8 断(duan)面(mian)快速(su)扩展区微观形(xing)貌(mao)

图9所示为(wei)试样断面终断区微观(guan)形貌(mao),可见韧窝形貌(mao)。

图9 断面终断区微观形貌

3. 金相检测

图(tu)10所(suo)示(shi)为断裂螺(luo)栓芯(xin)部金相组织,为回火索氏体组织。

试样芯部金相组织

图10 试样(yang)芯部金(jin)相组织

图(tu)11所示断(duan)裂螺(luo)栓(shuan)纵向剖(pou)面(mian)非金属夹(jia)(jia)杂(za)物评定,根(gen)据“GB-T 10561-2005 钢中非金属夹(jia)(jia)杂(za)物含量的测定标准”可评定为D类(lei)(球状(zhuang)氧化物夹(jia)(jia)杂(za),细(xi)系)1.5级。

断裂螺栓非金属夹杂物评定

图11 断裂(lie)螺栓非金属夹(jia)杂物评定(ding)

图12所示为断裂螺(luo)(luo)栓完(wan)好(hao)螺(luo)(luo)纹(wen)处金(jin)相组织,可见螺(luo)(luo)纹(wen)牙侧碳势正常,螺(luo)(luo)纹(wen)牙顶存在折叠(die),但折叠(die)深度未超过牙高(gao)的1/4,根据“GB/T 5779.1-2000”规定,此类折叠(die)允(yun)许存在,且牙顶折叠(die)不是(shi)造成螺(luo)(luo)栓断裂的原(yuan)因(yin)。

图(tu)12 断裂螺(luo)栓螺(luo)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(jian)测结果

断裂螺栓硬度检测结果

5. 螺栓材质分析

表2 断裂螺栓化学成分

采用直读光谱法对断(duan)裂螺(luo)栓进行化学(xue)成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析(xi),结果如(ru)表2所示,化学(xue)成分(fen)(fen)符合“GB/T3077-1999”标准(zhun)中对35CrMo钢的要求,如(ru)表2所示。

断裂螺栓化学成分

6. 螺栓氢含量测定

对断裂(lie)件及(ji)完好(hao)件分(fen)别进行氢(qing)含量(liang)检测,结果如(ru)表3所示(shi)。完好(hao)螺栓氢(qing)含量(liang)较(jiao)(jiao)低,断裂(lie)螺栓芯部(bu)氢(qing)含量(liang)也未见明(ming)显异(yi)常,唯独裂(lie)纹(wen)源附近氢(qing)含量(liang)较(jiao)(jiao)高,这说(shuo)明(ming)螺栓的制造工艺未导致明(ming)显的渗氢(qing),裂(lie)纹(wen)源处(chu)的氢(qing)应来自外来介质(zhi)腐(fu)蚀(shi)。

表3 螺栓(shuan)氢含量检测(ce)

螺栓氢含量检测

7.综合(he)分析

断(duan)裂螺栓(shuan)断(duan)口(kou)附近(jin)未(wei)见明显宏观(guan)塑性(xing)变形,断(duan)面(mian)大面(mian)积(ji)为沿(yan)晶、准解理形貌,为脆性(xing)断(duan)裂;裂纹源(yuan)(yuan)位于(yu)螺纹牙底,该处(chu)腐(fu)(fu)蚀(shi)严(yan)重,能(neng)谱分析显示腐(fu)(fu)蚀(shi)产物中含有(you)Cl、S等元素;氢含量(liang)检测(ce)结果表明,裂纹源(yuan)(yuan)处(chu)氢含量(liang)较高,其余部位较低,完好螺栓(shuan)也未(wei)见渗氢。断(duan)面(mian)微观(guan)形貌显示,裂纹源(yuan)(yuan)处(chu)为沿(yan)晶断(duan)口(kou),并伴有(you)晶间二(er)次裂纹及晶面(mian)鸡爪痕,呈氢脆断(duan)裂特征。综上分析可知,螺栓(shuan)是受到(dao)外来物质腐(fu)(fu)蚀(shi)后,导致局部渗氢并引起(qi)氢脆断(duan)裂。

8. 结(jie)论。

一、螺栓的断裂性质(zhi)为(wei)氢脆(cui);

二(er)、引起螺栓氢(qing)脆断裂(lie)的原因(yin)是螺栓受到外(wai)来介质腐蚀而导致局部渗氢(qing);

三(san)、螺栓化学成分、硬度均(jun)符合(he)标(biao)准(zhun)要求,金相(xiang)组织(zhi)正(zheng)常(chang)。

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