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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）。  # A7 h, Y; ^! z. U
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图1 试样宏观形貌
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# Q/ t$ z/ e$ Z, @' E- ~# ~. L图2 试样宏观形貌 / v. M% l& g* |+ Z0 q
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图3 试样宏观形貌
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图4 试样宏观形貌 3 @! Y g" v9 d7 M' t7 N
2.断口分析
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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。  9 K! }& h! w9 ]8 ^ t5 @1 w0 I% P
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图6 断面A区形貌
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6 \" i: H4 [ x! ~7 g( E/ R图7 断面A1区形貌
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7 T6 m! O7 X& x! u9 S+ k图8 断面A2区形貌
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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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图9 断面B区形貌  4 X& v! q) A/ W4 L% B
9 d! X1 ]( d% Y K* W" J) F( A) G
1 ^ k/ J# |! e) y5 u" f图10 断面B1区形貌 : o i1 {2 U3 ^
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图11 断面B2区形貌
2 I5 |% z; v( }9 |; M6 F- U& d 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。
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图12 断面C区形貌 0 M+ b' e/ i7 l; ~
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: q2 k8 ~( p+ F% W2 W! Z7 Q; ]: P
- ]4 `6 p6 ~0 [! E" y图14 断面D区形貌 * ~ a# Z6 {: j: }+ A
断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。  1 a* R2 R: [, i. K$ v- k( E
图15 断面D区形貌 " n0 a5 \! m7 x* `( {# z
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图16 断面D区微观形貌 % p2 o" s7 y# K% Y8 Q6 L
3.金相检测 图17 1号断裂件芯部金相组织
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6 ?" G! i5 N+ q s9 _图18 2号断裂件芯部金相组织5 |+ K9 J4 C4 Z8 O: m
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图19 完好件芯部金相组织; A% g0 }- i+ q" z
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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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) u+ E6 z2 u( H$ k8 s; G; L# \图20 1号断裂件螺纹表面组织 7 l5 p- A: v, {1 X# w
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0 w4 ~; P. G# a5 K/ h( M- R$ H7 C图22 完好件螺纹表面组织 0 n$ C* Z/ ~3 B
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。5 K7 V3 X6 h+ n
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* M. q+ [% e$ w- t7 g0 a图23 1号断裂件非金属夹杂物 $ a, _6 ^2 ]3 b
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图24 2号断裂件非金属夹杂物
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图25 完好件非金属夹杂物 % v$ i- f; j8 b X, U
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. E- [( ?- l( N1 \, C4.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）。
; V) x+ |, H! ?: g2 W表1 脱（增）试验结果（HV0.3）
3 k: R( ~0 M, t% R7 O
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表2 螺栓化学成分（%）4 z, [" T( Y9 w' {1 G9 g" X
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6.综合分析 8 ^* t3 I* _$ W6 o" K) q) ~
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。 - q2 S S1 J3 u. @% x- {8 j( Z7 r: j
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
