双头螺栓失效分析.doc

您现在位置:失效分析>基础件失效分析广 告· · · · · · · · 双头螺栓失效分析金蔚静(上海法雷奥汽车电器系统有限公司,上海201203) 摘要:与汽车电机装配在一起的双头螺栓在拧紧后不久便发生断裂。采用扫描电镜、化学分析、金相检验等方法对失效件进行了检测,同时又进行了氢脆试验验证。结果表明,螺栓在进行表面酸洗及电镀时,氢向金属内部扩散和富集,当氢浓度达到一定临界值后,促使氢致裂纹的产生和扩展。在外应力的作用下,即出现氢脆现象导致螺栓断裂。关键词:双头螺栓;氢损伤;脆性断口;晶界裂纹 1 引言用于连接某汽车电机和线类零件的接线柱又称双头螺栓,规格为M5×60mm。A端螺纹与电机装配后未出现异常,但两天后在拧紧B端螺纹后不久,在A端螺纹的根部二扣处发生断裂(数件),见图1。该螺栓技术要求:螺栓材料为35CrMo,,硬度要求32~39HRC。其加工工艺:落料→车削→车螺纹→热处理(淬火+回火)→表面处理(电镀)。为找出失效原因,进行了理化检验和分析。 图1 M5×60mm双头螺栓断裂形貌2 断口分析宏观断口表面沿螺纹存在较多小断面,没有剪切唇,断口较平齐,具有放射状条纹,呈脆性断裂,见图2。用扫描电镜放大后可观察到断口为冰糖状沿晶断裂并有较多沿晶二次裂纹、发纹和爪状纹氢脆断口特征,未发现韧窝和塑性区域,见图3。         图2 螺栓断口低倍形貌 12×                        图3 微观断口形貌 1200× 化学成分分析在失效件的六角杆部位取样,用光谱进行化学成分分析,其结果(质量分数)符合标准要求,见表1。  硬度测定和金相检验对失效件(1号组试样)和按要求除氢后同批零件(2号组试样)的六角面分别进行硬度测试,其实测值均为39~41HRC,略高于32~39HRC技术要求值。在失效件断口附近取样观察其显微组织,其组织为有明显马氏体位向的回火托氏体,未发现白点和发纹,与2号组试样组织相同。 氢脆验证试验为测试失效件是否存在游离氢,即用预载荷试验/平行支承面法进行氢脆试验。 试验方法取1号组试样三件,另在同批已按要求除氢的螺栓中任意选取2号组试样3件。预载荷试验在夹具上进行。使试件承受屈服点以内的相应扭矩,按技术要求,,并在此扭矩下保持72h以后,检查试件是否发生破坏。 试验结果1号组试样在试验结束时已发生断裂,其低倍断口与图2相同,在扫描电镜1200倍下观察,其微观组织与图3相同,为冰糖状沿晶脆性断裂。2号组三件试样至试验结束均未发生破坏,用加大扭矩实施人为破坏至试件断裂,其断口见图4,整个断面较灰暗,呈纤维状,螺栓断裂时产生较大的塑性区域,扫描电镜放大照片显示主要由韧窝组成,见图5。      图4 氢脆验证试验时2号组试样断口形貌 12×            图5 图4的高倍形貌 1200×3 分析讨论从螺栓的加工流程、装配、失效模式和以上的检验结果来分析,螺栓化学成分符合材料技术要求;硬度值在3941HRC之间,为技术要求的上限,并略有超出;金相组织也表明热处理调质无异常。如果在装配时扭矩超载,则它的失效形式应是以塑性变形为特征。该螺栓在A端拧紧后并没有断裂,而在拧紧B端后的一段时间才出现失效,这说明在应力