螺栓失效成分检测 断口失效成分检测

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更新时间
2023-11-03 23:00

详细介绍

通过宏观形貌分析、扫描电镜及能谱分析、金相组织检测、力学性能检测、化学成分检测对六角螺栓断裂原因进行分析。结果表明,失效螺栓的化学成分、表心硬度、显微组织、晶粒度等指标均无异常。断口宏观形貌显示,约二分之一断面区域呈现黑色。经能谱扫描表明,黑色区域氧化严重,该区域可能经历过高温氧化。断口微观可见明显的沿晶断裂形貌,晶粒粗大。结合螺栓制造工艺,推断红打工序加热炉存在“跑温”情况导致样品发生过烧。因此,判断螺栓失效模式为过烧引起的过载断裂。

某型号的动车转向架部位的六角头螺栓在装配过程中发生断裂,设计安装扭矩为80n.m,安装时螺纹部位涂抹润滑油。该批次螺栓材质为35crmo,规格为m12*110,性能等级为10.9级。螺栓制造工艺为:断料—粗加工—红打—抛丸—热处理—机械性能检测—cnc精加工—滚丝—100%探伤—表面处理。

1六角头螺栓断裂失效分析

1.1化学成分分析

采用直读光谱仪对送检螺栓进行化学成分分析,结果表明1所示符合gb/t3077-2015标准中关于35crmo钢的规定。

1.2宏观分析

图1所示为送检试验宏观形貌,可见断裂发生于靠近头部一侧的光杆处,断口附近未发现明显的塑性变形,断口左侧约二分之一断面面积的区域呈黑色(箭头所示)。将断口分为a、b、c、d4个区域进一步描述。

1.3扫描电镜及能谱分析

图2所示为失效螺栓断口低倍形貌,可见断面粗糙,无明显塑性变形,断口左侧约为二分之一断面面积的区域呈黑色(箭头所示)。将断口分为abcd4个区域进一步描述。

a区微观形貌分析图3所示。图3(a)、图3(b)为a区微观形貌,断面存在明显的覆盖物,隐约可见沿晶形貌,晶粒粗大。图3(c)为a区能谱分析结果,可见覆盖物主要成分为铁的氧化物。图4、图5分别为b、c两区微观形貌分析。可见明显的沿晶形貌,晶粒粗大,晶面存在少量微孔,晶界已经变宽,出现熔融的特征,评价晶粒直径约为0.15mm。图6所示为d区微观形貌,可见明显的韧窝形貌。

1.4金相组织分析

对纵向拨开断裂残件进行金相观察,断面黑色区域纵截面抛光态形貌图7所示,可见黑色区域断面走势蜿蜒,存在明显的氧化层,断面附近可见明显的沿晶裂纹,裂纹内部填充氧化物。

采用4%硝酸酒精溶液对抛光态试样进行腐蚀并观察,图8所示为黑色区域面附近金相组织,可见分支裂纹两侧存在轻微脱碳现象。

图9所示为失效螺栓心部显微组织,为均匀的回火索氏组织。

图10所示为失效螺栓晶粒度形态,根据gb/t6394—2017标准判定为10级。因此判定失效螺栓调质热处理过程无异常。

采用饱和**溶液对抛光态试样进行腐蚀并观察,图11所示为黑色断面附近金相组织,可见螺栓原始组织(调质热处理前)晶粒粗大,直径为0.10mm-0.15mm,与断面晶粒直径基本吻合,分支裂纹沿原始组织晶界扩展。

对失效螺栓与完好螺栓分别进行表心硬度检测,结果表2所示,表心硬度均符合iso898-1;2013标准中关于10.9级螺栓的规定。

选取一件完好的螺栓进行负载试验,斜垫角度为10度,当拉力值到达97.3kn时,螺栓断裂于未旋合螺纹部位,经计算的螺栓抗拉强度为1155mpa,符合iso898-1;2013标准规定(不小于1 040mpa)。

2综合分析

检测结果表明,断面二分之一面积的区域呈黑色,氧化严重,同事黑色断面附近存在明显的分支裂纹,裂纹两侧存在脱碳现象,说明该黑色断面而形成于调质热处理前。另外二分之一断面面积的区域可见明显的沿晶形貌,晶界加粗,晶粒粗大,晶面存在少量微孔,出现过烧特征。能普扫描未发现氧化现象,该区域为装配过程中的瞬间区。失效螺栓化学成分,表心硬度、显微组织、晶粒度等指标未发现异常,终调质热处理过程正常。黑山断面附近原始组织晶粒粗大,与断面晶粒尺寸吻合,说明终调质热处理前该区域存在过烧现象。送检螺栓头部为红打成型,有理由推断红打工序加热炉可能存在“跑温”情况,导致个别螺栓发生过烧。在较高温度下,s、p等低熔点物质首先在晶界点发生偏聚,降低晶界熔点,晶界发生氧化和熔化,形成沿晶过烧裂纹,削弱了晶界位置的强度,造成螺栓承载能力的下降。因此判断送检螺栓失效模式为过烧引起的过载断裂。


金属材料断口失效成分检测

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