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1、理化检验-物理分册?PT CA(PART:A PHYS.T EST.)?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;断裂;疲劳中图分类号:U463.82?文献
2、标识码:A?文章编号:1001?4012(2005)09?0471?04FRACTURE ANALYSIS OF BOLT FOR CARWANG Rong(Shanghai Research Institute of Materials,Shanghai 200437,China)Abstract:The high strength bolt fastening motor and automobile body was broken in survice.The analysisshowed that the chemical composition and microstructure
3、were in normal state.But the fracture revealed fatiguecharacteristic.Finally,the force acting on bolt were analyzed,the results showed that the bolt were fatigue fractureoccurred in the root of bolt at which suffering alternation stress and stress concentration,which resulted from themotor body vibr
4、ation and bump resulting in a bit more loose from lacking of enough pre?force in bolt assembling.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2?107m 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?14?6mm,孔长 52mm;B 零件由
5、其上两个螺栓与发动机相连;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,螺栓断裂处位于距光杆第 1 2 扣螺纹处,距离螺栓六方头内端面42mm;A 零件上面的定位销直径为?4.0mm,B 零件上的销孔为椭圆形,尺寸为?4.3 4.8mm,分析收稿日期:2005?03?28作者简介:王 荣(1966-),男,高级工程师。图 1?失效螺栓断口形貌Fig.1?Fracture appearance of bolt认为销孔变为椭圆形主要是由于销子的反复挤压导致的磨损与变形。带销子的 A 零件通过橡胶件与失效螺栓以及 B 零件柔性相连。2?试验与分析2.1?外观检查断裂螺栓螺
6、纹顶部锌层磨损脱落,有较严重的?471?理化检验-物理分册王 荣:汽车螺栓断裂失效分析图 2?失效螺栓在汽车上的安装情况Fig.2?Assemble state of bolt in car损伤。对损伤部位沿直径轴向切割制成金相试样,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 3?螺牙顶部损伤情况Fig.3?Scratching appearance of top of screw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。从整体来看,螺栓断口比较平坦,无明显塑性变形,两断口可良好配合。断口边缘颜色较浅,比较平整,中间颜色较深,相对粗糙一些,在断口上可看到明显的疲劳弧线,而且弧线从相对的两个边缘向中间发展,在中部形成窄长的宏观撕裂脊线,它是由两侧疲劳裂纹同时向内扩展相遇时所形成,具有双向弯曲疲劳断裂特征 1,瞬断区很少,仅在断口边缘处出现很少量的塑性撕裂区(见图 1)