广州市安普检测技术服务有限公司
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特色检测项目
螺栓断裂分析-螺栓失效分析
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公司名称:广州市安普检测技术服务有限公司  

1、宏观分析 

宏观观察,送来的四只螺栓1#(CW)、2#(SFC)、3#(YH)、4#(CS)的断裂位置基本一致,均位于螺栓前端4 ~ 5 螺牙处,无明显的塑性变形,断口有疲劳断裂特征。 1# 螺栓断口附近螺纹有明显摩擦痕迹,表面镀层已磨掉,见图1 ~ 5。

螺栓断裂分析-螺栓失效分析

图一螺栓断口形貌

图二螺栓断口形貌

图三螺栓断口形貌

图四螺栓断口形貌

图五螺栓

2、硬度测试

分别在断裂螺栓上取样制样进行硬度检测,硬度值为1#28.1HRC、2#27.4HRC、3#27.9HRC、4#28.0HRC,均符合GB/T 3098.1-2010《 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》中对8.8级、d<16mm 螺栓的要求(22~32HRC)。

3、金相分析

在断裂螺栓螺纹处分别纵向制样,抛光后观察,均无明显的非金属夹杂物。用4% 硝酸酒精溶液侵蚀后观察,四支螺栓螺栓组织均为回火索氏体+ 少量铁素体。四支螺栓螺纹处均有不同程度的脱碳现象[1],其中1# 螺栓脱碳最为严重,1# 螺栓螺纹处的全脱碳层约0.05mm,2#、3#、4# 螺栓均存在不同程度的脱碳。4# 螺栓靠近断口的螺纹根部有裂纹,深度约0.20mm,裂纹刚直,尾部尖细,周围无脱碳现象,见图6 ~ 10。

4 分析讨论

由宏观断口分析可知,四支螺栓的断口均有疲劳断口的特征,为典型的双向弯曲疲劳断裂。由理化分析可知,四支断裂螺栓的心部硬度均在28.0HRC左右,符合技术要求的22~32HRC。四支断裂螺栓均有不同程度

的脱碳,1# 螺栓螺纹处的全脱碳层深度约0.05mm,超出了GB/T 3098.1-2010《 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》中对8.8级、d<16mm 螺栓的要求(max0.015mm)。4# 螺栓靠近断口的螺纹根部存在裂纹,是断口裂纹扩展到一定程度后产生的次生裂纹。四支螺栓心部纤维流线完整,螺纹表面无明显纤维流线。

综合分析,螺栓断口为疲劳断口,有应力撕裂棱,扩展区贝纹线清晰,间隔较宽;这些现象说明,螺栓在工作时受到了较大的应力。当螺纹根部受到的应力超过其疲劳强度时,就会萌生疲劳源。根据相关人员介绍,机车运行条件差,该型螺栓装配间隙过大,机车在运行过程中,可能会发生松动和位移。螺栓在机车运行过程中承受较大的应力,螺纹根部会形成较大的应力集中。当应力集中超过了螺栓的疲劳极限,会在螺纹根部出现裂纹,出现双向疲劳裂纹。如此往复交替,直至在螺栓中部瞬时断裂。由于螺栓螺纹表面存在脱碳层,1# 螺栓存在超出标准的完全脱碳层,会降低其疲劳强度,使得疲劳更易产生。在4# 靠近断口处螺纹根部发现尾部尖细、两侧无氧化脱碳的裂纹,是次生疲劳裂纹,在螺栓断裂后由于应力释放而停止扩展。

5 结论

该批螺栓是装配间隙过大导致的过大应力引起的疲劳断裂。

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公司介绍:

广州市安普检测技术服务有限公司,长期致力于为多领域客户提供一站式检测服务及完善的安普检测解决方案,与几大著名检测机构如ITS天祥集团、TUV南德认证、SGS通标都有长远稳定的合作关系,并获得了相应授权。安普检测实验室位于深圳,拥有CNAS与CMA资质,设有多个设备先进和测试功能齐全的实验室以及资质齐全的无损检测人员团队,在仓储货架安全、无损探伤、焊接工艺评定、材料测试、精密尺寸测量等领域提供专业的检测、检验及相关技术服务。尤其是在货架安全检验检查方面,积累了丰富的经验,为多个知名企业进行了货架安全检验,排除隐患,协助企业形成自检制度,提高运营安全性。尺寸测量以及逆向工程也是广州安普的优势服务项目之一,技术团队有着非常丰富的经验,设备精密,可以完成客户所有关于尺寸方面的需求。