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1、第32卷第4期机械工程材料Vol.32No.42008年4月MaterialsforMechanicalEngineeringApr.2008紧固螺栓开裂原因分析刘昌奎,李运菊,陶春虎,张兵(北京航空材料研究院中国航空工业失效分析中心,北京100095)摘要:某螺栓在安装过程中有两个在螺纹牙底开裂。通过对螺栓裂纹及裂纹断口的宏观微观观察、显微组织和显微硬度检测,确定了裂纹性质;通过对螺栓在安装过程中的受力分析、扭拉试验、摩擦因数测定以及有限元数值模拟分析,确定了螺栓开裂原因。结果表明:螺栓裂纹性质为过载开裂,其主要原因是由于螺栓孔内残留的蓖麻油和TB0629底漆使得螺纹旋合摩擦因数大
2、大降低,螺栓在一定的扭矩下承受的轴向拉应力显著增加,从而导致螺栓开裂。关键词:螺栓;过载开裂;摩擦因数中图分类号:TG11文献标识码:A文章编号:100023738(2008)0420070204FailureAnalysisofFracturedBoltsLIUChang2kui,LIYun2ju,TAOChun2hu,ZHANGBing(BeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China)Abstract:Twoboltsfracturedintheprocessofinstallation.Basedonmac
3、ro2observation,micro2observation,microstructuretestingandmicrohardnesstesting,thefracturemechanismwasconfirmed.Andbasedonloadinganalysis,ring2drawexamination,frictioncoefficienttestingandfiniteelementanalysis,thefracturecausewasfound.Thefracturewascausedbyoverload.Undertheco2effectofcastoroilan
4、dTB0629lacquer,thefrictioncoefficientreducedgreatly.Asaresult,thelognitudinalstressofboltsincreasedremarkablyunderacertainmomentoftorsion.Thentheboltsfractured.Keywords:bolt;overloadfracture;frictioncoefficient两螺栓的裂纹分布基本相同,均出现在第1～0引言#第4螺纹牙底,其中2螺栓裂纹开口较大,见图1。某紧固螺栓材料为30CrMnSiA钢,表面镀镉,对螺纹用HI2scopeKH
5、22700型体视显微镜进行高经调质和除氢处理,其抗拉强度要求在1050～倍检查,未发现明显的加工缺陷。1200MPa范围内。该螺栓采用150N·m的定力扳手进行紧固,安装前需在螺纹孔表面涂覆TB0629锌黄丙烯酸聚氨酯底漆。在该螺栓紧固过程中,有两螺栓(分别命名为##1和2螺栓)分别在定力扳手扭力显示为110和140N·m后,定力扳手显示的扭力不再增加。拆装后发现两螺栓螺纹牙底开裂。螺栓作为重要的紧[1-3]固件,其失效故障发生较多。为防止此螺栓开裂再次出现,作者对其开裂原因进行了分析。#图12螺栓裂纹宏观形貌Fig.1Themorphologyofcracks1理化检验与结果1.1
6、宏观检查1.2断口形貌用S600型扫描电镜(SEM)对裂纹打断后的断收稿日期:2007205218;修订日期:2007208203口进行观察。两原始裂纹断口微观特征基本相同,作者简介:刘昌奎(1976-),男,四川内江人,工程师,博士研究生。裂纹均起源于螺纹牙底,裂纹源区未见夹杂等冶金导师:陶春虎研究员缺陷。2#螺栓原始裂纹断口上存在面积较大的黄·07·刘昌奎,等:紧固螺栓开裂原因分析色区域,能谱检测结果表明为TB0629底漆;原始裂表1显微硬度检测及抗拉强度换算结果纹断口微观特征为等轴韧窝(图2b)。可以推断,断Tab.1Resultsofmicrohardnesstestinga
7、ndtensilestrength口上的底漆是装配时螺栓开裂后渗入造成的。试样检测位置显微硬度/HV0.2抗拉强度/MPa1#中心352.8354.4355.61152边缘352.2353.3360.611552#中心339.5346.1353.81126边缘346.6353.2361.211521.5结果分析由以上的结果可知,两螺栓原始裂纹断口微观形貌均为韧窝断裂特征,且也无陈旧性裂纹断口,可以判断螺栓开裂性质为过载开裂。螺栓的过载开裂(a)宏观特征[4
