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1、理化检验-物理分册PTCA(PART:APHYS.TEST.)2005年第41卷9质量控制与失效分析汽车螺栓断裂失效分析王荣(上海材料研究所,上海200437)摘要:对汽车上某一连接发动机和车身的高强度级别螺栓在使用过程中发生的断裂进行了分析。结果表明,螺栓的化学成分和金相组织均正常,其断裂为多源疲劳断裂。经对螺栓使用过程中的受力情况分析,认为螺栓断裂主要是由于该螺栓在安装时预紧力不足或汽车在运行过程中,发动机自身振动和汽车行进中颠簸而使螺栓产生了松动,从而受到交变载荷而在应力集中最为严重的螺纹根部发生疲劳断裂。关键词:螺栓
2、;断裂;疲劳中图分类号:U463.82文献标识码:A文章编号:10014012(2005)09047104FRACTUREANALYSISOFBOLTFORCARWANGRong(ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shanghai200437,China)Abstract:Thehighstrengthboltfasteningmotorandautomobilebodywasbrokeninsurvice.Theanalysisshowedthatthechemicalcompositiona
3、ndmicrostructurewereinnormalstate.Butthefracturerevealedfatiguecharacteristic.Finally,theforceactingonboltwereanalyzed,theresultsshowedthattheboltwerefatiguefractureoccurredintherootofboltatwhichsufferingalternationstressandstressconcentration,whichresultedfromthemotorbodyvibrat
4、ionandbumpresultinginabitmoreloosefromlackingofenoughpreforceinboltassembling.Keywords:Bolt;Fracture;Fatigue1概述某汽车用高强度级别螺栓,材料为35CrMoA钢,使用级别8.8级,表面镀锌。该螺栓在汽车运行7210m时发生断裂,其宏观断口形貌见图1。该螺栓在汽车上的装配情况见图2。图2中左边A零件(黑色)通过两螺纹孔用螺栓紧固在车体上,断裂螺栓贯穿的B零件(白色)内孔为光孔,直径为图1失效螺栓断口形貌146mm,孔长52mm;B零件由
5、其上两个螺栓与Fig.1Fractureappearanceofbolt发动机相连;失效螺栓螺纹部分为M14,正常情况由它将A零件和B零件连接起来,螺栓断裂处位于认为销孔变为椭圆形主要是由于销子的反复挤压导距光杆第1~2扣螺纹处,距离螺栓六方头内端面致的磨损与变形。带销子的A零件通过橡胶件与42mm;A零件上面的定位销直径为4.0mm,B零失效螺栓以及B零件柔性相连。件上的销孔为椭圆形,尺寸为4.3~4.8mm,分析2试验与分析2.1外观检查收稿日期:20050328断裂螺栓螺纹顶部锌层磨损脱落,有较严重的作者简介:王荣(1966-),男
6、,高级工程师。471理化检验-物理分册王荣:汽车螺栓断裂失效分析出现很少量的塑性撕裂区(见图1)。2.2成分分析对失效螺栓取样进行化学成分分析,结果见表1,分析结果符合GB699-1991中35CrMoA钢的技术要求。2.3金相检验对断裂螺栓螺纹部分纵向沿直径方向切开,磨抛后检查,基体显微组织为回火索氏体+极少量铁图2失效螺栓在汽车上的安装情况素体(见图4),螺纹根部无脱碳现象(见图5)。显微Fig.2Assemblestateofboltincar硬度梯度检查结果见表2,表明螺纹部分无明显硬化现象。损伤。对损伤部位沿直径轴向切割制成金相试
7、样,在显微镜下观察,第2至第11个螺纹根部均存在直而细小的裂纹,而且螺纹牙顶损伤严重,几乎翻边,见图3。分析认为,这是螺栓松动后,与发动机相连的B零件与螺栓产生了相对运动,反复撞击螺纹部分所致。图4基体显微组织Fig.4Microstructreofmatrix图3螺牙顶部损伤情况Fig.3Scratchingappearanceoftopofscrew另外,图2中定位销孔有较大程度的形变,并已发生椭圆变形,说明B零件和A零件产生过相对运动,这也和螺栓的松动有着直接的关系。图5螺纹根部细小裂纹从整体来看,螺栓断口比较平坦,无明显塑性变Fig.
8、5Finecracksinrootofscrew形,两断口可良好配合。断口边缘颜色较浅,比较
