端聯(lián)器螺栓脆性斷裂失效
零件名稱：端聯(lián)器螺栓
失效背景：在20余臺(tái)重載履帶車輛共6000多個(gè)端聯(lián)器螺栓中有3個(gè)螺栓斷裂，失效率 為0.044%。失效螺栓均是在使用初期斷裂，見(jiàn)圖1-1，螺栓斷面形貌見(jiàn)圖1-2。圖1-1的失效螺栓是一條新履帶裝車行駛1km后停車維護(hù)時(shí)，出現(xiàn)突然斷裂。螺栓頭部一段從端聯(lián)器中間的光孔中掉落，有螺紋的另一段殘留在端聯(lián)器上的螺紋孔中。螺栓的服役條件在靜止時(shí)受預(yù)緊靜拉力，運(yùn)動(dòng)時(shí)受預(yù)緊靜拉力加交變切向力。
失效特征：從圖1-2螺栓斷裂面看出，斷口呈起伏狀，無(wú)塑性變形，個(gè)別區(qū)域有面積大小不等的小平面，整個(gè)斷面上無(wú)冶金缺陷。斷裂源只有一個(gè)，起始于斷面外側(cè)的螺紋根部應(yīng)力集中處，斷裂源寬約1mm，在半徑2mm內(nèi)的區(qū)域內(nèi)較平坦，斷裂源兩側(cè)10mm外的其余斷面外圓處有1mm左右的拉邊，斷面主要由沿晶、冰糖狀、大量的晶間微裂紋組成，整個(gè)斷裂面上各個(gè)小平面之間沒(méi)有顯著的分界線，也沒(méi)有疲勞斷裂中的貝紋線，呈現(xiàn)出典型的無(wú)塑性脆性斷裂形態(tài)。綜合分析：理化檢測(cè)的化學(xué)成分、非金屬夾雜物、晶粒度及熱處理質(zhì)量的結(jié)果表明，原材料、螺栓制造質(zhì)量均滿足技術(shù)要求。螺栓的基體金相組織見(jiàn)圖1-3，微觀掃描斷口形貌見(jiàn)圖1-4。
查找生產(chǎn)作業(yè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)初螺栓擰緊裝配時(shí)，實(shí)際擰緊力矩遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)規(guī)定的力矩。為對(duì)比分析，取9枚螺栓實(shí)物（8枚已使用無(wú)問(wèn)題的螺栓，1枚未使用螺栓），進(jìn)行強(qiáng)斷拉伸試驗(yàn)。螺栓拉伸試驗(yàn)斷口的斷裂源也同樣位于一側(cè)螺紋根部應(yīng)力集中處，屬于線斷裂源，斷口形貌平齊，見(jiàn)圖1-5。斷口微觀形貌見(jiàn)圖1-6。兩種斷口形貌對(duì)比見(jiàn)表1-1。
表1-1兩種斷口形貌對(duì)比
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斷裂源附近的斷面主要為沿晶斷裂，呈冰糖 狀，無(wú)明顯塑性變形，還有少量韌窩。各晶粒之 間分布有許多二次裂紋，屬脆性斷裂 |
斷口的斷裂源區(qū)及擴(kuò)展區(qū)均由穿晶斷裂的淺韌窩組 成，無(wú)二次晶間裂紋，是高強(qiáng)度材料正常韌性斷裂的斷口形貌 |
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晶界有腐蝕，沿晶斷裂、少量韌窩，在斷口上有 二次裂紋，屬于應(yīng)力腐蝕脆性斷裂斷裂源：點(diǎn)斷裂源（1mm）,起裂臨界應(yīng)力小，剪 切拉邊小，拉邊只占斷口總面積的8%,韌性低 |
無(wú)晶界腐蝕，穿晶斷裂、淺韌窩組成，無(wú)二次晶間裂 紋，屬于韌性斷裂斷裂源：線斷裂源（7~llmm）,起裂臨界應(yīng)力大。剪 切拉邊大，拉邊占到斷口總面積的25%?40%,韌性高 |
從表1-1中可看出：失效件斷口顯示螺栓在腐蝕環(huán)境下產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕，降低螺栓的綜合性能。
失效原因：裝配擰緊力矩大于設(shè)計(jì)力矩的端聯(lián)器螺栓在腐蝕環(huán)境下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕后導(dǎo)致螺栓脆性斷裂失效。1） 加強(qiáng)裝配規(guī)范，確保履帶連接螺栓預(yù)緊力在裝配規(guī)范要求范圍內(nèi)（為增加可靠性，螺栓擰緊力矩上限值比原設(shè)計(jì)減少了 20%，安全系數(shù)由原來(lái)的1.2倍提升到1.6倍）。2） 調(diào)整熱處理工藝，螺栓強(qiáng)度由14. 9級(jí)降低到13. 9級(jí)，在強(qiáng)度指標(biāo)得到保證的前提下，增加了螺栓的韌性，降低履帶連接螺栓產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的敏感性。
3） 在履帶連接螺栓表面增加了保護(hù)層，降低環(huán)境對(duì)螺栓斷裂的應(yīng)力腐蝕影響程度。
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