2.9级六角头螺栓断裂失效分析
1.概述
委托方提供两枚断裂螺栓残件及两件同批次完好螺栓,两残件为同一断裂件的两部分,断口吻合。该螺栓规格为M24×2×140,性能等级12.9级,材质为35CrMo,样品表面发黑处理。该螺栓安装在车辆主减速器轴承安装压盖上,安装扭矩900N•m,车辆运行500小时后发现螺栓断裂。图1所示为送检的失效螺栓与完好螺栓宏观形貌,可见断裂位置位于螺纹部位,断面垂直于螺栓轴向,断面附近无明显宏观塑性变形。
图1送检螺栓宏观形貌
图2所示为经去油污处理后的断面宏观照片,可见两断面上部区域均有一扇形腐蚀区,扇形腐蚀区的圆心位于断口边缘的螺纹处,该处锈蚀特别严重,圆心外围则腐蚀相对较轻,呈灰褐色,扇形区域之外为新鲜断口。从断面条纹走向可知断裂源区即为扇形腐蚀区的圆心位置,该部位正好位于螺纹牙底。值得注意的是,经比对发现,位于两断面上的扇形腐蚀区的外形完全吻合,这说明腐蚀发生在断口分离之前,所以可排除由于断口后期保存不当造成腐蚀的可能。
图2断面宏观形貌
2.扫描电镜断口分析
图3所示为断面扫描电镜宏观形貌,图中所示A区为断裂源区,即为图2中所示的扇形腐蚀区的圆心位置,另外可见裂纹源外侧的螺纹面上也有腐蚀造成的麻坑。
图3断裂源区宏观形貌
图4所示为裂纹源区外侧螺纹面上的形貌,可见由腐蚀造成的麻坑
图5所示为裂纹源区能谱分析结果,可见断面腐蚀产物中含有Cl、S等元素。
图6、图7所示为经清洗后的裂纹源区微观照片,可见冰糖状沿晶形貌,并伴有晶界二次裂纹,图7所示还可见晶面上有少量鸡爪痕。
图6断裂源区微观形貌
图7断裂源区微观形貌
图8所示为断面快速扩展区微观形貌,可见准解理形貌。
图8断面快速扩展区微观形貌
图9所示为试样断面终断区微观形貌,可见韧窝形貌。
图9断面终断区微观形貌
3.金相检测
图10所示为断裂螺栓芯部金相组织,为回火索氏体组织。
图10试样芯部金相组织
图11所示断裂螺栓纵向剖面非金属夹杂物评定,根据“GB-T 10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准”可评定为D类(球状氧化物夹杂,细系)1.5级。
图11断裂螺栓非金属夹杂物评定
图12所示为断裂螺栓完好螺纹处金相组织,可见螺纹牙侧碳势正常,螺纹牙顶存在折叠,但折叠深度未超过牙高的1/4,根据“GB/T5779.1-2000”规定,此类折叠允许存在,且牙顶折叠不是造成螺栓断裂的原因。
图12断裂螺栓螺纹金相
4. 硬度检测
对断裂螺栓进行硬度试验,结果如表1所示,螺栓芯部硬度已接近“GB/T 3098.1-2010紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱”标准中对12.9级螺栓硬度要求的上限。