高強度動車底座六角頭螺栓斷裂失效分析
8.8級動車底座六方螺栓，規(guī)格為M16×130，材質為35CrMo鋼。螺栓安裝于動車底部，安裝扭矩為120N•m，采用墊片與鋼絲穿孔擰緊的防松措施，車輛行駛約12萬公里后發(fā)現螺栓斷裂。
斷裂件檢查，螺栓在螺紋處斷裂（圖中左側）；螺栓頭下與桿部多處有明顯的磨損痕跡,一側較嚴重（圖中右側），見圖11-128。
（1）對斷口宏觀檢查
可見斷口附近無明顯塑性變形，斷裂發(fā)生于螺紋牙底，見圖11-129。
斷裂螺栓的斷面宏觀形貌，可見斷口平整，無明顯腐蝕產物，斷面位于螺紋牙底，可見明顯的疲勞弧線，如圖11-130。
圖11-128 斷裂件宏觀形貌
圖11-129 斷裂件斷口宏觀形貌 圖11-130 斷面宏觀形貌
（2）對斷口微觀檢查
圖11-131所示為斷面掃描電鏡低倍形貌，可見明顯的疲勞弧線，占整個斷面積的80%以上，呈現典型的疲勞斷裂特征。
圖11-132可見明顯的磨損痕跡，為疲勞源區(qū)。
圖11-133、圖11-134有明顯的疲勞條帶，疲勞擴展區(qū)的條帶間距較小。
圖11-135所示為瞬斷區(qū)，可見明顯的韌窩形貌。
圖11-131 斷面電鏡低倍形貌 圖11-132疲勞源區(qū)有磨損痕跡
圖11-133 疲勞擴展區(qū)疲勞條帶 圖11-134疲勞擴展區(qū)疲勞條帶
圖11-135 瞬斷區(qū)韌窩形貌
（3）金相檢測
圖11-136所示為送檢斷裂螺栓心部金相組織，為回火索氏體。
圖11-137所示為送檢螺栓斷口附近螺紋部位的金相組織，可見螺紋部位碳勢正常，牙頂無明顯缺陷；牙底流線完整，無明顯缺陷。
圖11-136 斷裂螺栓金相組織 圖11-137螺栓牙頂牙底金相組織
（4）硬度檢測
對斷裂螺栓進行表面及心部硬度試驗，結果為心部硬度273、279、283 HV10；表面硬度313、317、319HV0.3硬度結果滿足《GB/T 3098.1 -2010》對于8.8級螺栓（250～320 HV10）技術要求。由于螺栓為熱處理后滾牙，造成表面硬度比心部硬度高40HV左右，屬正常情況。
（5）化學成分分析
采用直讀光譜法對螺栓進行了化學成分分析，符合《GB/T3077-1999》標準中對35CrMo鋼的要求。
斷裂螺栓金相組織、化學成分、表面不連續(xù)性、表、心硬度等均符合標準要求，螺栓斷裂與材質無關。
斷裂螺栓宏觀形貌顯示螺栓頭下與桿部有明顯的磨損痕跡，一側磨損較嚴重。有兩種情況的其中一種會造成磨損痕跡：螺栓與裝配孔不同心，裝配時造成表面摩擦磨損，一側較嚴重；另一種是在服役過程中螺栓已產生松動，松動后的螺栓與配合零件相互摩擦也會造成表面磨損。該螺栓兩種情況都有造成較嚴重的磨損。
螺栓與裝配孔不同心，裝配后造成螺栓受力復雜，螺栓受到拉應力、扭轉應力、彎曲應力的復合作用；松動后的螺栓受力更加復雜，易在應力集中部位的螺紋底部產生微裂紋。
斷面宏觀形貌顯示，斷面有大面積疲勞條帶，呈疲勞斷裂特征，疲勞源區(qū)位于螺紋牙底，疲勞擴展區(qū)占整個斷面約五分之四，疲勞條帶間距較窄，最后斷裂區(qū)面積較小，可以判定螺栓的斷裂性質為典型的高周應力疲勞斷裂。
該動車底部的螺栓，裝配后已受到多種應力作用；在車輛行駛過程中，螺栓又受到交變載荷作用。螺栓的防松措施不到位，在多種應力作用下產生松動，并在應力集中部位的螺紋底部產生微裂紋，在交變應力作用下，微裂紋成為疲勞源，疲勞裂紋不斷擴展直至最終螺栓失穩(wěn)疲勞斷裂。
根據以上分析，可以得出如下結論與啟示：
（1）螺栓的斷裂性質是高周應力疲勞斷裂。
（2）螺栓疲勞斷裂根本原因是裝配孔不同心，造成螺栓受力復雜，防松措施不到位造成螺栓在服役過程中出現松動，綜合因素使螺紋底部產生微裂紋，在交變載荷下微裂紋不斷擴展，最終螺栓疲勞斷裂。
（3）對于裝配受剪螺栓一定要保證裝配孔的同心度在要求范圍內。
（4）對受交變載荷作用的螺栓要做好防松措施，防止在工作中產生松動。
浙公網安備 33042402000106號
