你不知道輪轂螺栓斷裂的二三事

國檢檢測

1.概述

     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1  試樣宏觀形貌

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圖2 試樣宏觀形貌

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圖3 試樣宏觀形貌

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圖4 試樣宏觀形貌

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2.斷口分析

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圖5   1號失效螺栓斷口宏觀形貌

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    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6 斷面A區形貌

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圖7 斷面A1區形貌

圖8 斷面A2區形貌
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       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。

3 r8 B4 V% M% U) f/ v0 H

圖9 斷面B區形貌

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圖10 斷面B1區形貌

2 i5 P! v; F, `7 U. k' D3 C5 ]& V
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圖11 斷面B2區形貌

    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。

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圖12 斷面C區形貌

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3 Q5 |, O0 G9 A3 I+ K
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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。

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圖15 斷面D區形貌

3 w* W; O. F9 V+ \

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
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* M2 |* r5 ~3 m, a

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圖18  2號斷裂件芯部金相組織

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圖19  完好件芯部金相組織

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    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

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圖22 完好件螺紋表面組織

5 Z0 Q8 \: F  u! H2 Y0 S1 _9 N# z1 a

     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。
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圖23  1號斷裂件非金屬夾雜物

* Y; t6 c! {& @" A' C

圖24  2號斷裂件非金屬夾雜物

1 D: V+ K% W0 {& J+ C% R

圖25  完好件非金屬夾雜物

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% Q) N& z8 B) f3 A  ?: ?

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）

6 @' P; O; T' |* j

表2  螺栓化學成分（%）
( C0 O6 }& |! I2 |

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。

: d4 m$ k3 S7 y

702736

發現斷裂時的安裝狀態很要緊。輪轂孔處的痕跡也很要緊。

未來第一站

感謝分享。

韓寒11

螺栓安裝的時候最好要使用扭力扳手，特別是精密部件，不然，后期做的任何實驗都無法做出合理的分析

竹筠俠

好，描述清晰，格式規范

默笑滄海

謝謝社友分享

djhyty

螺栓熱處理的問題

cc龍的傳人

螺母頭上是帶錐度的，如果與螺栓的同心度做的不好，也容易斷吧