杨 健

(中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062)



螺栓断裂原因分析

杨 健

(中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062)

某螺栓在车辆运行过程中发生断裂。采用金相组织检查、硬度测试、拉伸测试、化学成分分析、断口宏观和微观分析等方法对断裂原因进行了分析。结果表明，螺栓螺纹受力面存在的折叠缺陷是其发生疲劳断裂的主要原因。

疲劳断口；折叠缺陷；断裂

1 引 言

某型螺栓是保障车辆安全运行的重要部件，规格为M16×50，强度等级为8.8级，材质为40Cr。该螺栓为外购件，应符合GB/T 3098.1-2010标准要求，但在车辆运行过程中发生断裂。为查找其断裂原因，对断裂螺栓及该规格的未使用过的新螺栓进行了一系列理化检验，并作相关验证。

2 理化检验

2.1 宏观形貌对比

断裂螺栓与新螺栓的整体外观形貌见图1，断裂位置位于螺栓螺杆中部。螺栓断裂源位于螺栓圆周方向螺纹牙底表面，螺栓断口大部分较平整，呈疲劳断口形貌，有锈蚀形貌特征，可见清晰的疲劳扩展弧线，如图2所示。

图1 断裂螺栓与新螺栓

图2 螺栓断口宏观形貌

2.2 显微组织观察

在断口裂纹源区取金相试样，经磨制和抛光，用3%硝酸酒精溶液侵蚀后，在光学显微镜下观察，断裂螺栓的中径以下螺纹牙受力面存在折叠缺陷，新螺栓螺纹部位形貌良好，断裂螺栓和新螺栓的螺纹部位均无全脱碳层，基体金相组织均为正常的淬火+回火组织，见图3-图6。

图3 断裂螺栓螺纹形貌 100×

图4 断裂螺栓显微组织 500×

图5 新螺栓螺纹形貌 100×

图6 新螺栓显微组织 500×

2.3 化学成分分析

自断裂螺栓及新螺栓取样，用光谱仪测定其化学成分，测得结果见表1。从分析结果可知，断裂螺栓及新螺栓的化学成分符合标准要求。

表1 螺栓的化学成分 %

2.4 拉伸测试

拉伸试验按GB/T228.1-2010进行，对抽取的新螺栓进行拉伸试验，检测结果见表2。

表2 螺栓的拉伸性能

2.5 硬度测试

对断裂螺栓、新螺栓进行硬度检测，结果见表3，可见硬度检测值均符合GB/T3098.1标准的要求。

表3 螺栓的硬度检测结果

3 分析与讨论

根据上述分析的结果，断裂螺栓、新螺栓所用材料的化学成分、力学性能、金相组织和硬度均符合技术要求，排除了因材质、金相组织及性能等原因造成断裂的原因。断裂位置位于螺栓螺杆中部，螺栓断裂源位于螺栓圆周方向螺纹牙底表面，可见清晰的疲劳扩展弧线，呈多源疲劳断口形貌，有锈蚀形貌特征，在螺栓的中径以下螺纹牙受力面存在折叠缺陷。

4 结 论

断裂螺栓的螺纹受力面存在有折叠缺陷，这是其发生疲劳断裂的主要原因。

[1]GB/T228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第一部分：室温试验方法[S].

[2]GB/T3098.1-2010 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱[S].

Analysis of Failure Reasons of Bolt

Yang Jian

(CRRC Changchun Railway Vehicles Co., Ltd. Changchun 130062, Jilin, China)

A bolt fractured while the car was moving. Metallography examination, hardness measurement, tensile property test, chemical composition analysis and SEM techniques are used to analyze the reasons. The test results show that laps discontinuities on the thread are the main reasons of fracture.

fatigue fracture; laps discontinuities; fracture

2016-06-27

杨 健(1975-)，男，本科学历，毕业于东北大学工业工程专业，工程师。

U260.331+.7

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.03.010