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一測試背景

汽車發(fā)動機螺栓在車輛路過顛簸路面時發(fā)生斷裂，斷裂位置位于螺栓與底座連接處齒根底部?？蛻羲蜋z失效樣品進行檢測分析，以期找出失效原因。

螺栓與底座為一體成型，材質(zhì)為40Cr，設(shè)計硬度為32-39HRC，熱處理工藝為調(diào)質(zhì)處理(淬火+510℃回火)，表面進行達克羅處理。具體圖片如圖1所示。

圖1 斷裂螺栓圖片

二試驗方案

三測試結(jié)果

3.1宏觀形貌觀察：

1#-1、1#-2、2#-1螺栓斷面均無明顯頸縮，整體較為平齊，可觀察到明顯貝殼紋，為疲勞斷裂特征。具體宏觀形貌見圖2。

注：客戶送檢1#、2#兩個斷裂螺栓，其斷裂方式基本一致，且1#螺栓斷口保留完整，2#螺栓部分丟失，故后文主要針對1#螺栓進行測試分析。

圖2 螺栓斷口宏觀形貌圖

3.2微觀形貌觀察：

在1#-1螺栓斷面A區(qū)域可以觀察到：裂紋源位于螺栓邊緣的齒根底部，且裂紋源附近成分無明顯異常(位置2、3未檢測到與位置1一致的達克羅層特征元素Zn）；擴展區(qū)B區(qū)域可觀察到明顯的疲勞輝紋，為疲勞斷裂；終斷區(qū)C區(qū)域可觀察到河流花樣和部分細小韌窩，為準(zhǔn)解理斷裂。具體形貌見圖3。

圖3  螺栓斷口微觀形貌圖

3.3拋光態(tài)&腐蝕態(tài)形貌觀察：

1.裂紋源附近螺牙根部，裂紋內(nèi)無達克羅層，說明該裂紋并非在達克羅處理之前產(chǎn)生；

2.斷口位置基體未觀察到較大氣孔和夾雜物；

3.1#螺栓螺牙和芯部組織均為呈帶狀分布鐵素體+珠光體，并非調(diào)質(zhì)組織。具體形貌見圖4。

圖4  拋光態(tài)&腐蝕態(tài)形貌圖

3.4化學(xué)成分測試：

參照GB/T 3077-2015標(biāo)準(zhǔn)，斷裂螺栓化學(xué)成分符合40Cr的規(guī)格要求。具體成分結(jié)果見表1。

表1  螺栓成分結(jié)果表

3.5硬度測試：

從硬度測量結(jié)果可以看出，螺栓芯部硬度低于管控下限。具體硬度測試結(jié)果見表2。

表2  螺栓硬度結(jié)果表

四結(jié)論

螺栓組織為呈帶狀分布的鐵素體+片狀珠光體，并非調(diào)質(zhì)處理(淬火+高溫回火)應(yīng)有組織，整體強度不足，以致在受力過程中，薄弱的齒根根部無法承受集中的應(yīng)力進而發(fā)生斷裂。

五改善建議

改善螺栓熱處理工藝，增加調(diào)質(zhì)處理以提高螺栓整體力學(xué)性能。