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10.9级六角头螺栓失效分析测试

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浏览:- 发布日期:2020-06-28 13:17:10【

10.9级六角头螺栓,规格为M10×70mm,40Cr钢制作,装配时发生断裂。

15.2.1  试验过程与结果

断裂件断裂部位位于螺纹部分,断口附近塑性变形明显,有颈缩现象,宏观形貌见图15-6。

断裂件断口较灰暗,成纤维状;有较大的塑性变形区域,粗糙的区域为最后断裂区的瞬断区,断口具有扭断断口特征,箭头指处为最后扭断区,宏观形貌见图15-7。

断裂件宏观形貌

图15-6   断裂件宏观形貌

                    图15-7  断口宏观形貌

断口宏观形貌

采用扫描电镜观察,断口的微观形貌为韧窝形貌;

变形区域的韧窝具有明显的方向性,见图15-8;

瞬断区的韧窝形貌,见图15-9。

图15-8 变形区域的韧窝 图15-9 瞬断区的韧窝

   图15-8  变形区域的韧窝                     图15-9  瞬断区的韧窝

在断裂件断口附近取样进行金相组织和脱碳检查:

断裂件金相组织为回火索氏体组织,见图15-10。

断裂件脱碳试验,依据《GB/T3098.1-2000》标准方法,脱碳试验结果均符合标准要求

回火索氏体组织


图 15-10  回火索氏体组织

   用光谱法对断裂螺栓进行化学成分分析,分析结果,各元素成分含量均符合《GB/T 3077-1999》40Cr钢标准要求。

对断裂螺栓进行心部硬度检测,技术要求为320 HV10,检测结果为365~380 HV10,符合《GB/T3098.1-2000》标准要求。

   取与断裂螺栓同批号未使用过的螺栓3件,进行拉伸试验,拉伸试验结果,抗拉强度为1140MPa~1130MPa,符合10.9级强度等级要求。

15.2.2  分析与讨论

断裂件在螺纹处断裂,有塑性变形和颈缩现象,断口具有扭断断口特征。

断裂件断口微观形貌均为韧窝状塑性变形特征,有回旋状塑性变形痕迹,螺栓塑性变形区韧窝方向性明显,说明其断口是以扭转为主的断口。

变形主要集中于缩颈附近。所以缩颈现象一方面说明螺栓有良好的塑性和韧性,同时说明服役载荷已超过试样抗拉强度。韧窝表明材料有良好的塑性和韧性。

断裂螺栓化学成分、显微组织、硬度和螺纹脱碳试验的检测结果均符合10.9级强度等级要求,其同批螺栓的抗拉强度也符合10.9级强度等级要求,因此判断螺栓断裂不是因材料强度不足产生的断裂,而是由于螺栓承受的载荷过大所产生的过载扭转断裂。

螺栓安装时受较大的安装应力作用,安装载荷过大造成过载扭转断裂。

15.2.3  结论与启示

(1)螺栓的断裂是由螺栓安装过载引起的断裂。

(2)在安装时要控制好安装应力,防止安装应力过大造成扭转断裂。

(3)制定合适的安装工艺,安装时采用限力扳手安装。

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