你不知道轮毂螺栓断裂的二三事

国检检测

1.概述

     现有轮毂螺栓断裂残件2件，完好件4件，等级为10.9级，材质为SCM435，螺母三件，安装于车辆轮毂处，服役过程中失效，要求分析失效原因。图1~4所示为试样宏观形貌，螺栓断裂位置为螺纹收尾处，断口及断口附近均未见明显的塑性变形，断面内部分区域存在磨损痕迹。螺母中（图3所示），两件表面磨损严重(图3所示1、2号样)，一件表面轻微磨损（图3所示3号样），检测螺母螺纹，发现1号螺母约1/2的内螺纹已经严重磨损（图4红色虚线所示）。

* o* F, l; G7 q

3 H' m5 L! p2 w& d

图1  试样宏观形貌

1 b3 `! C8 D7 L( ~

; _& J( N' E! g

图2 试样宏观形貌

. i! l- g; L* _6 I/ O. Q

图3 试样宏观形貌
" f( t! g7 L4 ^0 Z2 h8 C( I

) R! J) T# p1 ?3 d5 ~

4 h( N! y; t9 t# z. ~

图4 试样宏观形貌

( y3 \/ H0 ~, N2 M- ~- V3 D

2.断口分析

( x* {7 g6 z* U8 f: q

/ t: ]* I7 r' U# @* R( D2 W& b$ b
! L' ^/ P8 l+ B4 g, v

图5   1号失效螺栓断口宏观形貌

1 F$ F7 t& M9 \, ?: C7 U

8 F7 E0 a0 D4 S( }! g

    图6~8所示为A区形貌，可见该区断口靠近边缘（A1区）存在轮辐状台阶，微观可见磨损痕迹，靠近芯部（A2区）可见疲劳辉纹。

( k+ {8 L! q9 o% u2 `' S* C' Q* h

  S2 W* u* T) V/ ^

图6 断面A区形貌

  B7 ]7 _$ C0 d

图7 断面A1区形貌

2 w, W* @/ t- v. g- J& g. i

+ v7 z; Z- \; l$ g/ D8 l; H

图8 断面A2区形貌

& V. ?0 z8 v& H7 F$ V" O/ d

       图9~11所示为B区形貌，可见该区断口清晰的贝纹线，起源于断口边缘向中部扩展，靠近边缘部（B1区）可见磨损痕迹，靠近芯部（B2区）可见疲劳辉纹。

. c7 ^% P/ R/ t( X; Y5 _; I3 Y

. d: a' H; ^" H8 x; _

图9 断面B区形貌

$ m7 o4 T# r. |' o; l  G
, `5 [; a0 J2 f7 B* U7 E2 J; N8 ]

图10 断面B1区形貌

) M7 d1 M+ r9 f- P' ~6 @* L$ z/ D

图11 断面B2区形貌

    图12~14所示为C区形貌，可见该区断口靠近边缘（C1区）可见轮辐状台阶，微观下可见磨损痕迹，靠近芯部（C2区）可见少量韧窝。

  `7 A9 o* Z. h5 C$ Q: _3 p
6 j2 K. {4 ]# D7 x4 G! K3 o

图12 断面C区形貌

' _7 T( y7 L/ _& G* n( E# l* r

图14 断面D区形貌

- L" Y: n3 x, v8 v3 M

    断面D区可见大量韧窝，为螺栓瞬断区，如图15、16所示。

图15 断面D区形貌

/ t  u6 s; s9 W$ o& Z6 f+ l/ L

图16 断面D区微观形貌

3.金相检测

图17  1号断裂件芯部金相组织

! C( L7 D) q5 m5 j

图18  2号断裂件芯部金相组织
$ q+ ~2 E( m3 ^. U8 ^0 I5 K8 E

- A; s8 s  `6 U! |6 Z2 U: Q

图19  完好件芯部金相组织

    图20~22所示分别为1、2号断裂件和完好件的螺纹表面组织，未见表面不连续性缺陷。

+ s! E" h* G0 l( |# ]! c

图20  1号断裂件螺纹表面组织

, E. c4 K2 C2 \

: F7 C' _- j" T. W. C

& d0 L/ A2 W% ?

! a$ z7 c) {$ F8 f
  I- x3 U2 v* `# ?

图22 完好件螺纹表面组织

     图23、24、25所示分别为断裂件和完好件的非金属夹杂物照片，根据“GB/T 10561-2005”标准可判定断裂件和完好件均为D类球状氧化物（细系）1级。
/ J# G/ y. \- u2 A1 j5 [4 a

图23  1号断裂件非金属夹杂物

" z" Z+ m* f% |: V' C/ x: h% q

# `  ]' m7 X. E

图24  2号断裂件非金属夹杂物

  ~% `  \6 m) x" |: F; I9 c

图25  完好件非金属夹杂物

0 R( n: D0 j  ]% e; Z' x
3 Z4 G' x  W7 T; a7 a# }2 R
9 O) k: G6 p- I' p) O5 q. o

4.性能检测

      对螺栓进行脱（增）碳检测，结果如表1所示，根据“ISO 898-1:2013”中对10.9级螺栓的要求，可判定为螺栓断裂件与完好件均符合标准要求，断裂件与完好件的芯部硬度满足委技术要求（芯部硬度34-38HRC）。

+ R4 X" A: N3 n" N$ U, i$ w. G

表1  脱（增）试验结果（HV0.3）

' g4 ]- a0 W  y2 \+ _

表2  螺栓化学成分（%）
+ {! }" _4 c# _0 D3 P: L1 X' S$ I

6.综合分析

9 U3 a/ x! u: c

      螺栓断口形貌显示，宏观可见断面边缘存在轮辐状台阶，瞬断区位于接近断面中部位置，“贝纹线”清晰可见，分布瞬断区两侧，呈典型的多源疲劳断裂特征。通常情况下，紧固件疲劳失效的原因为：产品质量存在问题，装配工艺不合理，后期维护不到位等。

" w6 T; J0 X9 l& [6 r; \

      在本案例中，螺栓芯部金相组织、化学成分、洛氏硬度等指标均未发现明显异常。螺纹表面未发现脱碳现象或不连续性缺陷。另一方面，从工况上分析，轮毂螺栓在正常预紧状态下，主要受轴向拉伸载荷。但是，如果螺栓在安装时由于预紧力不一致，没有采取有效的防松措施，在服役时易发生松动而承受额外的剪切、弯曲载荷，导致其服役时在应力集中位置萌生疲劳裂纹。试样宏观形貌显示，其中一件螺母近1/2内螺纹严重磨损，表明螺栓失效前该组合件可能已发生松动。

702736

发现断裂时的安装状态很要紧。轮毂孔处的痕迹也很要紧。

未来第一站

感谢分享。

韩寒11

螺栓安装的时候最好要使用扭力扳手，特别是精密部件，不然，后期做的任何实验都无法做出合理的分析

竹筠侠

好，描述清晰，格式规范

默笑沧海

谢谢社友分享

djhyty

螺栓热处理的问题

cc龙的传人

螺母头上是带锥度的，如果与螺栓的同心度做的不好，也容易断吧