广州市安普检测技术服务有限公司
我要测网初级会员 第1年 | 4006-005-885,01140
特色检测项目
动车转向架六角头-螺栓断裂失效分析
资质:
适用范围:
点评
详情介绍:

公司名称:广州市安普检测技术服务有限公司 

摘要: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A BCD4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。

采用饱和苦味酸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1 155MPA,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,最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,说明最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。

3结论与建议

(1)送检螺栓失效模式为过烧引起的过载断裂。

(2)过烧发生于红打工序。

(3)建议加强锻造温度和保温时间的控制,杜绝过烧现象发生。

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。