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【失效分析】螺栓裝配過程中斷裂失效

發布時間： 2024-06-06　　點擊次數： 285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生斷裂，具體斷裂參數不詳，斷裂螺栓如下圖?？蛻羲蜋z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。

不良樣品外觀照片

02樣品信息

      螺栓材質為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


測試環境：(23±5)℃，(40~80)%RH

04測試結果

4.1|斷口宏觀觀察


 不良樣品宏觀觀察照片

       小結：對斷裂螺栓進行宏觀觀察發現，斷裂位置存在輕微頸縮現象，且斷面與螺栓軸向呈近似45°方向，為典型的扭轉剪切斷口；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區域呈灰色，有明顯的擴展臺階，為裂紋擴展區，C區域為淺灰色，為斷口瞬斷區。

4.2|斷口微觀形貌及成分分析


EDS成分測試結果 (wt%)

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

4.3|夾雜物分析



小結：螺栓左右兩側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



小結：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，說明材料經過調質處理，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



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

4.6|硬度測試


小結：以上所給硬度值均為三點測量結果之平均值；從硬度測量結果可以看出，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、材質硬度均滿足技術規格要求，且螺牙位置無明顯微裂紋存在，說明螺栓的斷裂與材質、熱處理及加工工藝無關。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結論與建議

結論：

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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