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1.概述 现有轮毂螺栓断裂残件2件，完好件4件，等级为10.9级，材质为SCM435，螺母三件，安装于车辆轮毂处，服役过程中失效，要求分析失效原因。图1~4所示为试样宏观形貌，螺栓断裂位置为螺纹收尾处，断口及断口附近均未见明显的塑性变形，断面内部分区域存在磨损痕迹。螺母中（图3所示），两件表面磨损严重(图3所示1、2号样)，一件表面轻微磨损（图3所示3号样），检测螺母螺纹，发现1号螺母约1/2的内螺纹已经严重磨损（图4红色虚线所示）。 
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5 F/ ~4 ~2 K% A6 z/ x- B7 ^. K
图1 试样宏观形貌 " n1 `$ o( ?. v" q( n) g3 c7 w' V
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4 U# H3 S8 J2 u) @2 N( a图2 试样宏观形貌
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图3 试样宏观形貌( W* M: B/ Z6 b/ ^
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2 b5 P/ G) q3 c- E3 o图4 试样宏观形貌 & r! l$ \9 a: a2 o
2.断口分析
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4 E( k; s! n7 q* K; D. w1 ^, @' r5 x! p+ t. f# p' T0 U
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图5 1号失效螺栓断口宏观形貌
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; r7 U' E/ h: s 图6~8所示为A区形貌，可见该区断口靠近边缘（A1区）存在轮辐状台阶，微观可见磨损痕迹，靠近芯部（A2区）可见疲劳辉纹。  ( T; D% [. @: e
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图6 断面A区形貌 + ]) O! z# `$ w
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' n) T N* T& T3 v" `* P8 {图7 断面A1区形貌 , p* F5 n9 t" F& w$ R* {: n
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图8 断面A2区形貌5 @& F7 p+ A6 d1 F# L
' U4 q3 P) G V8 |3 Y" G! R- a 图9~11所示为B区形貌，可见该区断口清晰的贝纹线，起源于断口边缘向中部扩展，靠近边缘部（B1区）可见磨损痕迹，靠近芯部（B2区）可见疲劳辉纹。 ! r: D0 G& k; T6 _9 G$ P
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图9 断面B区形貌 
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+ l" L* J1 \6 I; {. n6 P6 @
, v2 W! a+ D: y2 g图10 断面B1区形貌 4 X9 z! P! e' P' q5 a+ M c& D2 E
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图11 断面B2区形貌 2 Q2 X6 a; q P' T! Q8 q
图12~14所示为C区形貌，可见该区断口靠近边缘（C1区）可见轮辐状台阶，微观下可见磨损痕迹，靠近芯部（C2区）可见少量韧窝。
2 b# t F- W! R$ F. O7 B
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图12 断面C区形貌 * x0 m. J8 S* B
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9 O1 S) C- t- d
" \' N& ?9 q6 r1 a图14 断面D区形貌
% C; ?9 ?; `6 f7 t, B/ X7 o 断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。 
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图15 断面D区形貌
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图16 断面D区微观形貌 8 b, q+ |, R% F4 R+ u) n) ]
3.金相检测 图17 1号断裂件芯部金相组织
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图18 2号断裂件芯部金相组织+ ~& N6 P* j4 P1 e. D7 y7 ]3 y! |
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图19 完好件芯部金相组织
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图20~22所示分别为1、2号断裂件和完好件的螺纹表面组织，未见表面不连续性缺陷。
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图20 1号断裂件螺纹表面组织
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9 w# R% Y' m, o: Q7 E ! {! b- {# N3 X& J( D* B
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N! E7 {- b9 B% W. k图22 完好件螺纹表面组织
1 _# X* \% M2 ?6 N 图23、24、25所示分别为断裂件和完好件的非金属夹杂物照片，根据“GB/T 10561-2005”标准可判定断裂件和完好件均为D类球状氧化物（细系）1级。
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) B; a, W, ~& o图23 1号断裂件非金属夹杂物
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图24 2号断裂件非金属夹杂物 + \/ ~. ~, d% Y* S
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图25 完好件非金属夹杂物
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4.性能检测 对螺栓进行脱（增）碳检测，结果如表1所示，根据“ISO 898-1:2013”中对10.9级螺栓的要求，可判定为螺栓断裂件与完好件均符合标准要求，断裂件与完好件的芯部硬度满足委技术要求（芯部硬度34-38HRC）。
9 Y/ J4 S E2 b表1 脱（增）试验结果（HV0.3） ( i! t4 s/ W" B% A8 T* B
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表2 螺栓化学成分（%）+ D$ m/ ^3 I6 l" t$ Q
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! {$ c# F4 o1 t9 _4 k/ t; j4 b6.综合分析
& C0 i; P$ s* K- p# [) @ 螺栓断口形貌显示，宏观可见断面边缘存在轮辐状台阶，瞬断区位于接近断面中部位置，“贝纹线”清晰可见，分布瞬断区两侧，呈典型的多源疲劳断裂特征。通常情况下，紧固件疲劳失效的原因为：产品质量存在问题，装配工艺不合理，后期维护不到位等。
. c( G. n/ u( B4 W# m) _ 在本案例中，螺栓芯部金相组织、化学成分、洛氏硬度等指标均未发现明显异常。螺纹表面未发现脱碳现象或不连续性缺陷。另一方面，从工况上分析，轮毂螺栓在正常预紧状态下，主要受轴向拉伸载荷。但是，如果螺栓在安装时由于预紧力不一致，没有采取有效的防松措施，在服役时易发生松动而承受额外的剪切、弯曲载荷，导致其服役时在应力集中位置萌生疲劳裂纹。试样宏观形貌显示，其中一件螺母近1/2内螺纹严重磨损，表明螺栓失效前该组合件可能已发生松动。 # E3 [0 N9 e+ j/ O8 l
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发表于 2020-2-10 14:32:36
