螺栓断裂失效原因分析.pdf

///一,/l2’f囊兰??机康f【摘要】合结构钢(相当于我国35CrMo钢)制螺伶用r空渊压缩机内连接气缸体与气缸盖,在生产线上用气动搬手装配时桀怀准件公司一批螺栓,规格为M4×,材料为合金结构钢,相当于我国的35CrMo钢,冷墩头部,搓制螺纹,热处理工艺为淬火+回火,并进行发兰处理,规定吼>1000MPa,(32~38)HRC。螺栓用于空调压缩机内连接气缸体与气缸盖,但在生产线上用气动搬手装配时相当部分螺栓在与螺栓交截的第二、第三螺纹牙根处发生断裂。我们对该批螺栓的断裂原因进行了分析。l金相观察及硬度分析在一批断裂螺栓中随机选取2个断裂螺栓头,将其沿轴向削开,制备轴向剖面的金相试样,抛光状态(未侵蚀)下可见在螺纹尖端和根部有明显裂纹存在(图略);这些微裂纹由于高度的应力集中,在外力作用下极容易发生失稳扩展,从而导致螺栓断裂。将上述抛光态试样用3硝酸酒精溶液侵蚀后在显微镜下观察,发现其组织形态都很相似,为保持原马氏体位向的回火索氏体,见图1所示。35CrMo钢用作螺栓时,应有较好的综合力学性能,其组织应以调质状态为佳,即淬火+回火后得到同火索氏体。而本例中螺栓组织状态虽是回火索氏体,但原马氏体位向十分明显,显然会使材料的塑性和韧性受损,脆性增加。材料硬度也会增加。,可见硬度范围为(37~41)HRC,偏高于螺栓规定的硬度范围。螺栓硬度偏高的原因主要是回火不足或不充分造成的。2扫描电镜观察分析为弄清螺栓断裂的机理,按断口形貌特征选取了9个样品,将其用物理方法清洗干净后置于扫描电镜下进行观察,发脱断口有3种类型:第1类是断口边缘只有一个剪切唇(1号洋品),第2类足断口边缘有2个剪切唇(2号样品),第3高岩:女,35岁,工学硕士,讲师,曾以访问学者身份在葡萄牙焊接质蕈研究所(1SQ),金属材料的腐蚀与防护,失效分析及工业殳备寿命评似等力面的J:作已在国内外学术刊物上发表论文10余南收稿日期:1997年8月19日。图1螺栓基体组织×500表1螺栓的硬度HRC类是断口边缘有3个剪切唇(3号样品),且以第3类断口数量居多。图2是2号样品的宏观断口形貌。这些断口边缘除剪切唇处或凸起或凹进以外,其余边缘处都较平滑,这与一般断裂由心部起源,最后断裂边缘处为杯口状剪切唇的断口形貌持征显然不同,而且,从断口的放射辉纹的走向看。断裂的起源都在断口的边缘即螺纹的根部上。而不是在螺栓的心部。对3类断口分别在扫描电镜下进行了详细的观察,图3a~3d为2号样品的微观形貌。a是始断区。从右侧的螺纹面上可见明显发处理后的表面氧化膜,在螺纹面与断口的交界处(即螺纹根部)可见二次裂纹和摩擦痕存在;将a放大至b,可见摩擦痕底下是氧化物,而摩擦痕明显位于断口一侧,由此可以推断:此摩擦披处在断裂fjij就已经有裂纹存在,裂纹为搓制螺纹时所产,仁随的发处理过中此裂纹内部也进行了发兰处理,形成了氧化膜,其形态与螺旋表面的发兰膜相似,在34《金属热处理》1998年笫2期维普资讯断口的低倍形貌}J:线}:装时,此裂纹作为裂纹源,外力作川下迅速发生失稳扩眨,导致螺侔破{1l断,}的氧化膜也在扭断过程中受摩擦I彤成哮擦坡;c是a中断口部位的局部放大,可几尢为型的窝聚集型断n;d是靠近终断区的形貌,可见终断区仍为韧窝聚集断裂,只足与始断医相比,终断区的韧窝有被批长的痕迹。l足1号样品始断区低倍形貌,可见断[]与螺纹面交处有厚博不均的发黑区域,将其放大时其特征与2号样品始断区特,正相同;对其余断口也进行了观察,发现其特征1号、2样品的持,正都相同。由此可见,虽然述3类断口宏观形貌有些不同,但其微观断裂机郁是一敛的,即都是以螺纹根部的搓制裂纹为断图32号样品的微观形貌(a)始断区(b)始断区(c)中心区(d)终断区l1佯品始断区的微观形貌裂起源处,在生产装配应力作用下裂纹发生失稳扩展,引起螺栓瞬间断裂。断口宏观剪切唇数量的不同主要与螺纹根部的裂纹源数目不同有关。3结论(1)在搓制螺纹过程中在螺纹根部及表面形成了微裂纹,。(2)螺栓回火不足,硬度偏高,。(3),其断[J仍主要丧现为韧窝聚集型断裂的特征。《金属热处理》1998年第2期35维普资讯句美段分类集锦⒈人生哲理.....①人生似一束鲜花,仔细观赏,才能看到它的美丽;人生似一杯清茶,细细品味,才能赏出真味道。我们应该从失败中、从成功中、从生活品味出人生的哲理。②生命是盛开的花朵,它绽放得美丽,舒展,绚丽多资;生命是精美的小诗,清新