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1、理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)PTCA(PART:APHYS.TEST.)2005年第41卷9質(zhì)量控制與失效分析汽車螺栓斷裂失效分析王榮(上海材料研究所,上海200437)摘要:對(duì)汽車上某一連接發(fā)動(dòng)機(jī)和車身的高強(qiáng)度級(jí)別螺栓在使用過(guò)程中發(fā)生的斷裂進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,螺栓的化學(xué)成分和金相組織均正常,其斷裂為多源疲勞斷裂。經(jīng)對(duì)螺栓使用過(guò)程中的受力情況分析,認(rèn)為螺栓斷裂主要是由于該螺栓在安裝時(shí)預(yù)緊力不足或汽車在運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)和汽車行進(jìn)中顛簸而使螺栓產(chǎn)生了松動(dòng),從而受到交變載荷而在應(yīng)力集中最為嚴(yán)重的螺紋根部發(fā)生疲勞斷裂。關(guān)鍵詞:螺栓
2、;斷裂;疲勞中圖分類號(hào):U463.82文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10014012(2005)09047104FRACTUREANALYSISOFBOLTFORCARWANGRong(ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shanghai200437,China)Abstract:Thehighstrengthboltfasteningmotorandautomobilebodywasbrokeninsurvice.Theanalysisshowedthatthechemicalcompositiona
3、ndmicrostructurewereinnormalstate.Butthefracturerevealedfatiguecharacteristic.Finally,theforceactingonboltwereanalyzed,theresultsshowedthattheboltwerefatiguefractureoccurredintherootofboltatwhichsufferingalternationstressandstressconcentration,whichresultedfromthemotorbodyvibrat
4、ionandbumpresultinginabitmoreloosefromlackingofenoughpreforceinboltassembling.Keywords:Bolt;Fracture;Fatigue1概述某汽車用高強(qiáng)度級(jí)別螺栓,材料為35CrMoA鋼,使用級(jí)別8.8級(jí),表面鍍鋅。該螺栓在汽車運(yùn)行7210m時(shí)發(fā)生斷裂,其宏觀斷口形貌見(jiàn)圖1。該螺栓在汽車上的裝配情況見(jiàn)圖2。圖2中左邊A零件(黑色)通過(guò)兩螺紋孔用螺栓緊固在車體上,斷裂螺栓貫穿的B零件(白色)內(nèi)孔為光孔,直徑為圖1失效螺栓斷口形貌146mm,孔長(zhǎng)52mm;B零件由
5、其上兩個(gè)螺栓與Fig.1Fractureappearanceofbolt發(fā)動(dòng)機(jī)相連;失效螺栓螺紋部分為M14,正常情況由它將A零件和B零件連接起來(lái),螺栓斷裂處位于認(rèn)為銷孔變?yōu)闄E圓形主要是由于銷子的反復(fù)擠壓導(dǎo)距光桿第1~2扣螺紋處,距離螺栓六方頭內(nèi)端面致的磨損與變形。帶銷子的A零件通過(guò)橡膠件與42mm;A零件上面的定位銷直徑為4.0mm,B零失效螺栓以及B零件柔性相連。件上的銷孔為橢圓形,尺寸為4.3~4.8mm,分析2試驗(yàn)與分析2.1外觀檢查收稿日期:20050328斷裂螺栓螺紋頂部鋅層磨損脫落,有較嚴(yán)重的作者簡(jiǎn)介:王榮(1966-),男
6、,高級(jí)工程師。471理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)王榮:汽車螺栓斷裂失效分析出現(xiàn)很少量的塑性撕裂區(qū)(見(jiàn)圖1)。2.2成分分析對(duì)失效螺栓取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見(jiàn)表1,分析結(jié)果符合GB699-1991中35CrMoA鋼的技術(shù)要求。2.3金相檢驗(yàn)對(duì)斷裂螺栓螺紋部分縱向沿直徑方向切開(kāi),磨拋后檢查,基體顯微組織為回火索氏體+極少量鐵圖2失效螺栓在汽車上的安裝情況素體(見(jiàn)圖4),螺紋根部無(wú)脫碳現(xiàn)象(見(jiàn)圖5)。顯微Fig.2Assemblestateofboltincar硬度梯度檢查結(jié)果見(jiàn)表2,表明螺紋部分無(wú)明顯硬化現(xiàn)象。損傷。對(duì)損傷部位沿直徑軸向切割制成金相試
7、樣,在顯微鏡下觀察,第2至第11個(gè)螺紋根部均存在直而細(xì)小的裂紋,而且螺紋牙頂損傷嚴(yán)重,幾乎翻邊,見(jiàn)圖3。分析認(rèn)為,這是螺栓松動(dòng)后,與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的B零件與螺栓產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng),反復(fù)撞擊螺紋部分所致。圖4基體顯微組織Fig.4Microstructreofmatrix圖3螺牙頂部損傷情況Fig.3Scratchingappearanceoftopofscrew另外,圖2中定位銷孔有較大程度的形變,并已發(fā)生橢圓變形,說(shuō)明B零件和A零件產(chǎn)生過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng),這也和螺栓的松動(dòng)有著直接的關(guān)系。圖5螺紋根部細(xì)小裂紋從整體來(lái)看,螺栓斷口比較平坦,無(wú)明顯塑性變Fig.
8、5Finecracksinrootofscrew形,兩斷口可良好配合。斷口邊緣顏色較淺,比較
