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                鎖緊螺栓失效分析模板 昆山失效分析測試機構

                檢測周期: 5-7個工作日
                服務優勢: 費用低 周期短
                報告語言: 中英文可選
                單價: 面議
                發貨期限: 自買家付款之日起 天內發貨
                所在地: 江蘇 蘇州
                有效期至: 長期有效
                發布時間: 2023-11-30 05:19
                最后更新: 2023-11-30 05:19
                瀏覽次數: 184
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                詳細說明

                委托方提供失效鎖緊螺栓殘件兩枚,材質為SCM435,性能等級為12.9級,規格為M18×1.5×25,表面電鍍三價藍白鋅。螺栓制造工藝為:材料改制—冷鐓成型—熱前輾牙—桿部鉆孔—熱處理—表面處理(電鍍及驅氫)。送檢螺栓安裝于變速器軸端,對軸端進行鎖緊固定,安裝時使用扭矩槍擰緊,螺栓未涂油,服役過程中出現螺栓斷裂現象,委托方要求分析其斷裂原因。圖1所示為送檢試樣宏觀形貌,將兩枚失效螺栓殘件分別標記為1#和2#。圖2、圖3所示為2#失效件裂紋處內外表面宏觀形貌,可見裂紋位于頭下圓角處,頭部六角孔內壁可見明顯的裂紋,說明裂紋已貫穿頭下圓角處整個壁厚。

                送檢試樣宏觀形貌


                圖1  送檢試樣宏觀形貌

                螺栓裂紋處表面宏觀形貌



                圖2  2#螺栓殘件裂紋處外表面宏觀形貌

                螺栓殘件處內表面螺紋情況



                圖3  2#螺栓殘件裂紋處內表面宏觀形貌

                2. 斷口分析

                圖4所示為1#螺栓殘件斷口低倍形貌,可見斷面平整,無明顯塑性變形。斷口存在明顯的撕裂臺階,未發現明顯的腐蝕痕跡。將斷面分為A1、B1、C1三個區域描述。

                螺栓殘件斷口低倍形貌

                圖4 1#螺栓殘件斷口低倍形貌


                圖5所示為A1區微觀形貌,可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌,并伴隨晶間二次裂紋,晶面可見“雞爪”形發紋。靠近六角孔內壁的局部區域可見明顯的韌窩形貌,該區域為終斷區。

                斷面A1區形貌


                圖5 斷面A1區微觀形貌

                圖6所示為B1區微觀形貌,可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌,并伴隨晶間二次裂紋,晶面可見“雞爪”形發紋。靠近六角孔內壁的局部區域可見明顯的韌窩形貌,該區域為終斷區。




                圖6 斷面B1區微觀形貌

                圖6 斷面B1區微觀形貌

                圖7所示為C1區微觀形貌,可見明顯的韌窩形貌與沿晶形貌并存的混合型形貌。

                 

                斷面C1區微觀形貌

                圖7 斷面C1區微觀形貌

                 

                將2#螺栓殘件沿裂紋處打開,宏觀形貌如圖8所示,選取下方殘件進行斷口分析。

                 

                螺栓常見裂紋打開后宏觀形貌

                圖8  2#螺栓殘件裂紋打開后宏觀形貌

                圖9所示為2#螺栓殘件斷口低倍形貌,可見斷面平整,無明顯塑性變形,未發現明顯的腐蝕痕跡。將斷面分為A2、B2、C2三個區域描述。

                 


                 螺栓常見裂紋斷口低倍形貌

                圖9  2#螺栓殘件斷口低倍形貌

                 

                圖10所示為A2區低倍形貌斷面可見明顯的“人”字紋,收斂處指向頭下圓角近表面(箭頭所示),該區域為斷裂起始區。

                 

                斷面A2區低倍形貌

                圖10 斷面A2區低倍形貌

                圖11所示為A2區微觀形貌,可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌,并伴隨晶間二次裂紋,晶面可見“雞爪”形發紋。圖12所示為A2區能譜分析結果,未發現明顯的外來元素。

                斷面A2區斷口微觀形貌

                圖11 斷面A2區微觀形貌

                 

                斷面A2區能譜分析結果

                圖12 斷面A2區能譜分析結果

                圖13所示為B2區低倍形貌斷面可見明顯的“人”字紋,收斂處指向頭下圓角近表面(箭頭所示),該區域為斷裂起始區。

                 斷面B2區低倍形貌

                圖13 斷面B2區低倍形貌

                圖14所示為B2區微觀形貌,可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌,并伴隨晶間二次裂紋,晶面可見“雞爪”形發紋。圖15所示為B2區能譜分析結果,未發現明顯的外來元素。

                斷面B2區微觀形貌

                圖14 斷面B2區微觀形貌

                斷面B2區能譜分析結果

                圖15 斷面B2區能譜分析結果

                 

                圖16所示為C2區微觀形貌,可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌,并伴隨晶間二次裂紋,晶面可見“雞爪”形發紋。圖17所示為C2區能譜分析結果,未發現明顯的外來元素。

                斷面C2區微觀形貌

                圖16 斷面C2區微觀形貌

                 

                斷面C2區能譜分析結果

                圖17 斷面C2區能譜分析結果

                3. 金相檢測

                截取2#螺栓殘件斷口處縱截面進行金相觀察,起裂處如圖18所示,斷口附近頭下圓角表面未發現明顯的折疊、裂紋等不連續性缺陷。

                斷口處縱截面金相組織

                圖18  斷口處縱截面金相組織

                圖19所示為斷口附近頭下圓角表面金相組織,未發現脫碳或増碳現象。

                 斷口附件頭下圓角表面金相租組織

                圖19  斷口附近頭下圓角表面金相組織

                 

                圖20所示為斷口附近縱截面金相組織,未發現明顯的脫碳現象或分支裂紋。

                 

                斷口處縱橫截面金相組織

                圖20  斷口附近縱截面金相組織

                截取完好件頭部縱截面進行金相觀察,頭下圓角處低倍組織如圖21所示,頭下圓角處未發現明顯的折疊、裂紋等不連續性缺陷,圓角半徑約為3.1mm,符合委托方提供的圖紙技術要求(3.0-4.0mm)。

                 

                完好頭下圓角低倍組織

                圖21  完好件頭下圓角低倍組織

                 

                圖22所示為2#螺栓螺紋部位縱截面金相組織,未脫碳層高度E =0.877mm,全脫碳層深度G=0,未發現明顯的不連續性缺陷,符合委托方提供的圖紙技術要求。

                螺栓螺紋部位縱截面金相組織

                圖22  2#螺栓螺紋部位縱截面金相組織

                圖23所示為2#螺栓殘件芯部顯微組織,為均勻的回火索氏體,無異常。

                 

                螺栓殘件芯部顯微組織

                圖23  2#螺栓殘件芯部顯微組織

                 

                圖24所示為2#螺栓殘件非金屬夾雜物形態,根據“GB/T ”標準可判定為D類球狀氧化物(細系)1.5級,無異常。

                 

                圖24 2#螺栓殘件非金屬夾雜物形態

                圖24  2#螺栓殘件非金屬夾雜物形態

                 

                4. 硬度檢測

                對2#螺栓殘件進行表芯硬度檢測,結果如表1所示,表芯硬度均符合“GB/T 3098.1-2010”標準中關于12.9級螺栓的要求。

                 

                表1  2#螺栓表芯硬度測試結果

                項  目

                芯部硬度/HV10

                末端表面硬度/HV0.3

                標準值

                385-435

                ≤435,且不得高于芯部硬度30

                實測值

                402/401/406

                405/405/409

                 

                5. 化學成分分析

                采用直讀光譜法對完好螺栓進行化學成分分析,結果如表2所示,符合“GB/T JIS G4053:2008”標準中關于SCM435鋼的要求。

                 

                表2  完好螺栓化學成分(%)

                元素

                C

                Si

                Mn

                P

                S

                Cr

                Mo

                Ni

                標準值

                0.33~0.38

                0.15~0.35

                0.60~0.90

                ≤0.030

                ≤0.030

                0.90~1.20

                0.15~0.30

                ≤0.25

                實測值

                0.33

                0.19

                0.74

                0.013

                0.008

                0.96

                0.19

                0.02

                 

                對2#螺栓斷口附近取樣進行氫含量測試,結果如表3所示,氫含量較低。

                表3  2#螺栓氫含量試驗結果

                項目

                氫含量/ppm

                斷裂件

                1.1/1.2

                6.綜合分析

                送檢螺栓頭下圓角尺寸、表面缺陷、顯微組織、表芯硬度、化學成分等指標均未發現異常。斷口形貌顯示,斷裂起始于螺栓頭下圓角近表面,微觀形貌可見大面積的“冰糖狀”沿晶形貌,并伴有晶間二次裂紋和晶面“雞爪”形發紋,具有典型的氫致延遲斷裂(氫脆)特征。氫脆是由于氫滲入金屬內部而產生損傷,導致零件在低于材料屈服極限的靜應力作用下發生的斷裂失效。影響零件氫脆敏感性的因素主要有:含氫量、顯微組織、強度、硬度及所受應力等。通常零件基體含氫量越高,強度越大,硬度越高,所受應力越大,則越容易誘發氫脆斷裂。

                本案例中,送檢螺栓性能等級為12.9級,強度、硬度較高(通常零件的硬度大于32HRC時就有氫脆傾向),氫含量檢測結果顯示,失效螺栓斷口附近含有1ppm左右的氫,氫含量較低。由于氫脆失效是在氫和應力的共同作用下產生的,存在多個影響因素,只有在各個影響因素的綜合作用超過一定臨界值時才會發生斷裂。螺栓內部的氫一般來源于原材料、表面酸洗、電鍍處理和外部環境腐蝕作用。由于螺栓頭部內六角孔結構的影響,導致頭下圓角處承載面積較小,裝配后該處承受的應力水平較高,螺栓氫含量較低,仍然可能發生氫脆。

                7. 

                (1)送檢螺栓的失效模式為氫脆;

                (2)送檢螺栓所檢項目均未發現異常;

                (3)建議螺栓表面處理由電鍍鋅改為磷化處理。


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