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10.9級高強螺栓斷裂失效分析

作者:admin來源:本網 日期:2017-7-3 9:19:25 人氣: 標簽:

竞彩篮球让分胜负开奖 www.pjvfgq.com.cn   約為15的過渡區。

  螺栓斷口形態1.2裂紋位置與狀態顯示斷口位于牙1與牙2之間,集中于牙1受載面牙根處。查閱裝配圖可知,第3~6牙螺紋正好位于配合件沉孔處,第2螺紋為與配合件內螺紋配合的首牙螺紋,即斷口正好處在該螺栓與配合件的起始結合部位。

  4個螺距范圍內的齒根(第1~5牙螺紋)部位可見明顯的裂紋痕跡。(a所示為第1 ~2牙螺紋的根部裂紋的低倍掃描電鏡圖像,箭頭所指部位明顯可見齒根處裂紋。金相顯示第1~5牙螺紋牙根圓弧處均有裂紋產生,深度0. 15~0.30第5~6牙齒根圓弧處未發現裂紋。(b)所示為第3 ~4牙壓根圓弧處的裂紋放大圖,所示該螺栓牙型角約為59.6經檢測其齒根過渡圓弧半徑約為0.32mm 2成分、組織及硬度檢測所示為螺紋側面邊緣位置的顯微組織照片,基體為較細的調質態的回火索氏體+3%未溶鐵索體組織正常,符合GB/T3098. 1―2000要求的獲得90%以上回火索氏體要求;邊緣顏色明顯比其它部位顏色深。對該螺栓截面不同深度進行光譜化學分析(SFECTRCMEIER光譜分析儀)其化學成分見表1所示,可見其表層己嚴重滲碳;同時根據GB/T3098.1―2000用硬度法進行表層滲碳檢測,檢測部位為齒測沿中徑線檢測,其硬度梯度值見表2檢測結果可表明其表面硬度明顯高于心部硬度。橫截面1/2半徑處檢測該螺栓基體硬度為359 ~39HRC硬度要求。

  表1化學成分分析結果(質量分數,距表面距離/mm心部表2硬度法測表層碳深度/mm 0.42心部相鄰齒心部硬度/. 3缺陷分析3.1斷口分析中所示F區為疲勞擴展區斷面,斷面與螺栓軸向約成90疲勞源位于中1所示部位,該裂紋起始于螺紋根部。(a)顯示為F區斷口裂紋源處高倍掃描電鏡圖像,因斷口裂紋源處己被嚴重磨損,其斷面光滑,但仍然可見有微擠壓變形痕跡和微裂紋;(b)顯示為F區斷口邊緣的低倍掃描電鏡圖像,該疲勞裂紋擴展區,具有疲勞斷口特有的貝紋線,貝紋線有明顯的推進痕跡,貝紋線先期呈弧形向內推進,線紋細密,中后期則呈直線向內推進,線紋較粗,因斷面被反復多次擠壓摩擦,使該區域變得比較光亮。

  中所示S區(瞬斷區)其斷面具有放射性紋路,斷面與螺栓軸向約成45為典型的過載瞬斷斷口形貌。為斷口擴展區(S區取樣)的高倍掃描電鏡圖像,其微觀斷口特征為等軸狀韌窩,是塑性斷裂,韌窩中未見非金屬夾雜物,可見該裂紋擴展時主要受拉和彎曲交變應力作用。

  疲勞斷面與瞬斷斷面之間分界明顯,可見斷裂是由于受載面發生疲勞開裂后在某一瞬間承受過載應力而導致的突然斷裂。

  3.2應力分析由所示,零件斷口部位未見頸縮,但斷口附近有4牙螺紋根部環裂。經查,該螺栓的裝配扭矩為750Nm并采用專用扭力扳手作業,符合其安裝扭矩750Nm規范值要求。

  從斷口部位分析得知,其斷口正好位于螺栓起始結合處,即牙1與牙2之間(見)該螺栓裝配時使用螺紋膠固定,螺栓工作過程中主要承受所示力矩作用,即在受彎曲載荷過程中其支點應在螺紋起始結合處,即牙1與牙2之間的齒槽處所受的交變載荷最嚴重,即應力集中最大。

  3尺寸分析為了提高螺紋的抗疲勞強度和減少切口敏感性,對8.8級以上高強外螺紋,要求其牙底處圓弧半徑不小于0.125P(其中P為螺距)(b)所示,該螺栓螺紋牙底圓弧半徑約為0.32mm己接近極限最低允許值0.313(該螺栓為10. 9級12.5的粗牙螺紋)3.4熱處理分析由可見,該螺栓螺紋表面有滲碳現象,經化學成分檢測分析確認滲碳層厚度約0.15mm其滲碳原因是在調質過程中氣氛?;な碧際瓶刂撇壞?。

  在淬火過程中組織的轉變溫度與碳含量相關,碳含量提高將會使馬氏體轉變起始溫度M降低,因表面滲碳使碳含量加導致其馬氏體的生成滯后于基體,所以表面的相變收縮,受芯部己生成的馬氏體制約,導致表面的殘余應力表現為拉應力。因淬火硬度與碳含量有關,碳含量加其淬火硬度也將加,同時,表層塑性下降而使其抗疲勞強度能力降低。

  4結論綜合上述分析,螺栓斷裂是由于螺紋根部有初生裂紋產生,在服役中初生裂紋不斷擴展推進,當裂紋擴展至一定深度后,因受載面積減少使該截面應力急劇加,而導致突然斷裂。

  因該螺栓裝配扭矩符合規范要求,斷口無明顯塑性變形出現,可排除裝配過載引起的初生裂紋,因此導致在根部多處環裂的主要原因是:因調質處理過程中螺紋表層嚴重滲碳,使表層硬度加塑性下降,同時表層組織應力表現為拉應力,加了表層裂紋敏感性;其次,因螺紋根部圓弧半徑較小,使根部處切口敏感性加大。在兩者作用下,抗疲勞性能降低,在服役時發生疲勞斷裂。

  5改進措施及效果滾輪修形,使螺紋牙底圓弧半徑合理加大,強其抗切口敏感性;熱處理過程合理控制碳勢,并定期校定碳勢,避免表層滲碳或脫碳;熱處理后可加強力拋丸工序,使螺紋表層產生壓應力,提高螺紋的抗疲勞強度;加強過程控制能力,強化理化檢測,熱處理調質后嚴格按GB/T30981―2000要求檢測螺紋的表層脫/滲碳和其它力學及物理性能檢測。

  依據改進措施所提出的建議,廠方對該產品進行整改,該產品到目前為止服役期間未出現類似失效。

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