【失效分析】螺栓裝配過程中斷裂失效

發(fā)布時間： 2024-06-06　　點擊次數(shù)： 141次

螺栓斷裂失效分析

01測試背景

某8.8級高強螺栓在汽車減速器上裝配過程中發(fā)生斷裂，具體斷裂參數(shù)不詳，斷裂螺栓如下圖。客戶送檢失效樣品進行檢測分析，實驗室對不良樣品進行宏觀觀察、斷口微觀分析、夾雜物分析、金相組織分析、化學成分及硬度分析，以期找出斷裂失效原因。

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不良樣品外觀照片

02樣品信息

螺栓材質(zhì)為SWRCH35K，其制作工藝為冷鐓→搓牙→清洗→熱處理→鍍鋅處理，出貨給汽車零組件廠進行組裝使用。

03測試項目、方法及設備信息

測試環(huán)境：(23±5)℃，(40~80)%RH

04測試結(jié)果

4.1|斷口宏觀觀察

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不良樣品宏觀觀察照片

小結(jié)：對斷裂螺栓進行宏觀觀察發(fā)現(xiàn)，斷裂位置存在輕微頸縮現(xiàn)象，且斷面與螺栓軸向呈近似45°方向，為典型的扭轉(zhuǎn)剪切斷口；不良樣品螺牙根部鍍鋅層明顯開裂，且螺帽位置也有明顯的變形現(xiàn)象，說明螺栓斷裂前受力較大；斷面A位置呈深灰色，推測為裂紋源，位于螺紋近螺牙根部， B區(qū)域呈灰色，有明顯的擴展臺階，為裂紋擴展區(qū)，C區(qū)域為淺灰色，為斷口瞬斷區(qū)。

4.2|斷口微觀形貌及成分分析

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EDS成分測試結(jié)果 (wt%)

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小結(jié)：斷口A區(qū)域為解理河流花樣，部分位置存在明顯鐵銹，B區(qū)域存在明顯的擴展臺階，微觀形貌為細小的韌窩形貌，C區(qū)域瞬斷區(qū)為典型的等軸韌窩形貌，斷面整體為韌性斷裂，整個斷口表面未發(fā)現(xiàn)其他異常元素存在。EDS成分數(shù)據(jù)為半定量分析，結(jié)果僅供參考，所給成分為質(zhì)量百分比。

4.3|夾雜物分析

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小結(jié)：螺栓左右兩側(cè)的螺牙根部均無明顯裂紋存在，螺牙根部鍍鋅層有明顯破壞痕跡，螺栓基體中并無較大的氣孔或夾雜物存在，根據(jù)GB/T 10561-2023對基體中非金屬夾雜物進行評級，基體夾雜物為D類，級別為2.0級。

4.4|金相組織

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小結(jié)：從斷口位置金相組織可以看出，斷口處晶粒明顯沿一定方向被拉長，說明該位置斷裂前有明顯受力情況；螺栓芯部與螺牙組織相對均勻，均為回火索氏體，說明材料經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，參照GB/T 3098.1-2010，斷裂螺栓的金相組織符合要求。

4.5|化學成分測試

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小結(jié)：以上所給成分均為質(zhì)量百分比；參照JIS G 3507-2010，斷裂螺栓化學成分符合SWRCH35K的規(guī)格要求。

4.6|硬度測試

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小結(jié)：以上所給硬度值均為三點測量結(jié)果之平均值；從硬度測量結(jié)果可以看出，螺栓芯部與表面硬度無明顯差異；參照GB/T3098.1-2010，斷裂螺栓的硬度符合8.8級高強螺栓規(guī)格要求。

05討論與分析

本失效案件中，斷裂螺栓的夾雜物、金相組織、化學成分、材質(zhì)硬度均滿足技術(shù)規(guī)格要求，且螺牙位置無明顯微裂紋存在，說明螺栓的斷裂與材質(zhì)、熱處理及加工工藝無關(guān)。螺帽有明顯變形，螺牙根部鍍層開裂，斷口位置金相組織中晶粒被明顯拉長變形，說明螺栓在斷裂前有明顯受力情況。

06結(jié)論與建議

結(jié)論：

推測該螺栓為在裝配過程中受較大外力作用，引起螺牙根部載荷應力集中，最終導致螺栓發(fā)生的韌性斷裂失效。

建議：

建議客戶在螺栓裝配過程中嚴格按照SOP操作，避免螺栓受力不均或過載導致其斷裂失效。

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