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現有輪轂螺栓斷裂殘件2件，完好件4件，等級為10.9級，材質為SCM435，螺母三件，安裝于車輛輪轂處，服役過程中失效，要求分析失效原因。圖1~4所示為試樣宏觀形貌，螺栓斷裂位置為螺紋收尾處，斷口及斷口附近均未見明顯的塑性變形，斷面內部分區域存在磨損痕跡。螺母中（圖3所示），兩件表面磨損嚴重(圖3所示1、2號樣)，一件表面輕微磨損（圖3所示3號樣），檢測螺母螺紋，發現1號螺母約1/2的內螺紋已經嚴重磨損（圖4紅色虛線所示）。

圖6~8所示為A區形貌，可見該區斷口靠近邊緣（A1區）存在輪輻狀臺階，微觀可見磨損痕跡，靠近芯部（A2區）可見疲勞輝紋。

圖9~11所示為B區形貌，可見該區斷口清晰的貝紋線，起源于斷口邊緣向中部擴展，靠近邊緣部（B1區）可見磨損痕跡，靠近芯部（B2區）可見疲勞輝紋。

圖12~14所示為C區形貌，可見該區斷口靠近邊緣（C1區）可見輪輻狀臺階，微觀下可見磨損痕跡，靠近芯部（C2區）可見少量韌窩。

圖14 斷面D區形貌

斷面D區可見大量韌窩，為螺栓瞬斷區，如圖15、16所示。

/ V) ^- y) j/ p3 J+ L2 B0 v- x2 i

圖15 斷面D區形貌

圖16 斷面D區微觀形貌

3.金相檢測

圖17 1號斷裂件芯部金相組織( Z% d& k- y B2 W# x* b; c

8 P5 {6 K1 ]5 d( ^

圖18 2號斷裂件芯部金相組織
6 @% l6 e" Q* Z2 V9 C

2 h6 k" k$ v) s) Q# O

圖19 完好件芯部金相組織
/ U- M" @2 w$ w. G! n- F

圖20~22所示分別為1、2號斷裂件和完好件的螺紋表面組織，未見表面不連續性缺陷。

圖20 1號斷裂件螺紋表面組織

- x2 x; b6 {5 t n; z+ X% q: S) h

0 Z% l) a+ [. L+ ^0 O

圖22 完好件螺紋表面組織

圖23、24、25所示分別為斷裂件和完好件的非金屬夾雜物照片，根據“GB/T 10561-2005”標準可判定斷裂件和完好件均為D類球狀氧化物（細系）1級。, J8 g$ |- t4 v% q; N4 q' N

) r, [* U) G; s3 G1 i L% y: K

圖23 1號斷裂件非金屬夾雜物

- K6 y$ D3 s9 W( D- C2 Q; U

圖24 2號斷裂件非金屬夾雜物

圖25 完好件非金屬夾雜物

4.性能檢測

對螺栓進行脫（增）碳檢測，結果如表1所示，根據“ISO 898-1:2013”中對10.9級螺栓的要求，可判定為螺栓斷裂件與完好件均符合標準要求，斷裂件與完好件的芯部硬度滿足委技術要求（芯部硬度34-38HRC）。

表1 脫（增）試驗結果（HV0.3）

- V% B4 K6 o5 h

表2 螺栓化學成分（%）- k7 u1 w, }0 r/ M- T

$ g& D- Q9 Z* {5 C' M- U

6.綜合分析

螺栓斷口形貌顯示，宏觀可見斷面邊緣存在輪輻狀臺階，瞬斷區位于接近斷面中部位置，“貝紋線”清晰可見，分布瞬斷區兩側，呈典型的多源疲勞斷裂特征。通常情況下，緊固件疲勞失效的原因為：產品質量存在問題，裝配工藝不合理，后期維護不到位等。

在本案例中，螺栓芯部金相組織、化學成分、洛氏硬度等指標均未發現明顯異常。螺紋表面未發現脫碳現象或不連續性缺陷。另一方面，從工況上分析，輪轂螺栓在正常預緊狀態下，主要受軸向拉伸載荷。但是，如果螺栓在安裝時由于預緊力不一致，沒有采取有效的防松措施，在服役時易發生松動而承受額外的剪切、彎曲載荷，導致其服役時在應力集中位置萌生疲勞裂紋。試樣宏觀形貌顯示，其中一件螺母近1/2內螺紋嚴重磨損，表明螺栓失效前該組合件可能已發生松動。

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