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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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图1 试样宏观形貌 9 B# i# m% E7 \' e- D4 Z
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7 U1 y z8 ]0 y5 ?图2 试样宏观形貌
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图3 试样宏观形貌
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图4 试样宏观形貌 4 Z: S7 K4 `. i( a3 Q
2.断口分析
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4 @& X' `5 m1 E$ c* l; y
4 V. |0 h" s' c图5 1号失效螺栓断口宏观形貌
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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。 
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图6 断面A区形貌 8 x0 {( |( _1 _8 U' T0 G
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图7 断面A1区形貌
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图8 断面A2区形貌5 k% F% }8 I4 Q& o
" k3 J7 o- r( x6 M( z# `: ~9 R 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。
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, Z, H( c- j& [( j `图9 断面B区形貌  4 H( S9 f* I' o) W+ \8 H
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图10 断面B1区形貌
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( T7 w4 L: B( P9 _% R' f) [% d图11 断面B2区形貌
9 V4 k# D- \1 p6 D5 I& Y( E- s 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。 & `" q( p3 q4 }! s& t; y0 v
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9 X2 B) Y% t, U$ ~9 O图12 断面C区形貌 " F" k9 Z- Q" w8 ~
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图14 断面D区形貌
! O& F( ?4 w, m8 ` y 断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。  : H! @- y- h0 a3 D
图15 断面D区形貌
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$ G9 A: J" P3 T; p
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图16 断面D区微观形貌 1 h9 W# P6 y6 w/ X+ e
3.金相检测 图17 1号断裂件芯部金相组织: c- g' N/ w3 E) f1 [: {; C
' F7 B7 ~* n% \( y t. j6 D1 B5 y9 b# e
0 E! M5 Y/ @! X& K `" O
图18 2号断裂件芯部金相组织/ a7 {8 [! G d1 Q
# ]; p+ K5 T/ l9 n
3 I `. U0 a' c, n
$ [0 Q, s5 E) g& q- {: |图19 完好件芯部金相组织' J* }: W; t' ^5 h1 j
. \" j1 K4 Q& I9 Z- T" R5 N
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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1 |/ i4 t/ I8 b% k+ u; \* \! n$ q图20 1号断裂件螺纹表面组织
8 A$ {/ Y# b( B + ^; N: K0 O! q; w* n a; X4 Q
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9 b% k! i# H, F8 {. J0 ^" g8 e
6 U/ H' v; `) Z: T$ z$ z图22 完好件螺纹表面组织
* @0 ^' t* M5 z 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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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 ( w3 @# d* [6 p0 J! _
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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）。 % A; r2 V$ u4 Z" z$ V# i; t
表1 脱（增）试验结果（HV0.3） 3 a ~; `9 M/ d
4 {0 q. T% E+ D7 k
R, y' M+ k$ Y) N
表2 螺栓化学成分（%）
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3 F( l2 g& N/ p1 \$ o6.综合分析 6 G+ q) G: f9 H! R+ S6 L
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。
/ \' j1 i; c3 D) A, s4 s, l 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。
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发表于 2020-2-10 14:32:36
