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    首頁 質量分析

    10.9級車橋固定螺栓斷裂分析

    要:采用掃描電鏡、金相檢驗、顯微硬度、化學成分分析、摩擦系數試驗等方法對某型號乘用車車橋固定螺栓的斷裂原因進行了分析。結果表明,螺釘的斷裂性質是氫致延遲斷裂,螺栓表面受到污染后摩擦系數減小導致安裝預緊力過大及電鍍后驅氫不充分是誘發螺栓氫脆的主要原因。

    車橋作為汽車的重要部件,傳遞著車架與路面之間各個方向的作用力,直接影響汽車行駛的安全性和可靠性,其上采用的緊固螺栓是車橋的關鍵部件,汽車主機廠通常會要求其供應商提供的緊固件產品零缺陷。某型號乘用車車橋在安裝完成后約48小時,發現其一枚緊固螺栓斷裂,廠方要求分析斷裂原因。該螺栓規格為M10×1.25×128,性能等級10.9級,安裝扭矩為80±10N?m,材質為42CrMo,表面電鍍黃鋅,電鍍后經200、4小時的驅氫處理。

    1. 理化檢驗

    1.1斷口分析

    2.綜合分析

    從上述分析結果可知,螺栓斷口附近雖無塑性變形,但微觀形貌顯示斷裂面韌窩區域約占整個斷面面積的80%左右,說明螺栓斷裂時承受較大的軸向應力。從摩擦系數測試結果可知,安裝廠家送檢的完好螺栓摩擦的總系數為0.11,螺紋部位摩擦系數僅為0.07,明顯小于生產廠家送檢螺栓的0.20。當采用扭矩控制安裝時,較小的摩擦系數將導致螺栓承受較大的軸向預緊力,從預緊力——扭矩試驗結果可知,當安裝扭矩為80N?m時,安裝廠家送檢的螺栓預緊力達到53.4kN,已高于標準規定該等級規格螺栓的保證載荷試驗應力50.8kN,并接近螺栓的屈服強度57.5kN,當安裝扭矩存在誤差的情況下,螺栓很可能被超擰。

    另外,該螺栓經過電鍍,雖然經過驅氫處理,但不能完全排除氫殘留風險[2],螺栓硬度越高,軸向預緊力越大,發生氫脆的概率就越高?!?/span>GB-T 5267.1-2002 緊固件電鍍層”標準中明確提到,硬度大于320HV的緊固件電鍍時有氫脆風險,當硬度大于365HV時一般不采用電鍍處理,而斷裂螺栓的表面硬度已達到365HV。氫含量測試結果表明,雖然斷裂螺栓的氫含量在5μg/g以下,但由于氫在材料內部分布不勻,易在螺紋根部的應力集中區域聚集,加之該螺栓預緊力過大,兩者相互作用便在螺紋根部產生氫致微裂紋,微裂紋的尖端是應力集中區,氫原子便持續向裂紋尖端擴散聚集[3],當裂紋擴展到一定程度后,螺栓由于承力面積減小而失穩斷裂。

    3.結論和建議

    通過上述分析可得出以下結論:

    一、螺栓的斷裂性質是氫致延遲斷裂,安裝預緊力過大誘發表面產生微裂紋是導致螺栓斷裂的主要原因;

    二、10.9級的螺栓建議采用達克羅、粉末滲鋅等表面處理方式,排除氫脆風險;

    三、安裝廠家應嚴格控制螺栓的存放、運輸及裝配現場,防止受油污污染,并根據每批螺栓的表面狀態,通過軸力——扭矩試驗確定摩擦系數,科學有效的控制螺栓的預緊力。

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