鄧建

浙江鼎盛汽車緊固件有限公司 浙江 嘉興 314000

1 概述

委托方提供規(guī)格為M20×1.5-M20×1.5×83的10.9級(jí)后右車輪螺栓斷裂部件五件（兩件短件斷口與其余三件斷口不能完好連接，故為五件），材質(zhì)為40Cr。 該款產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中斷裂，通過委托方描述，汽車在正常運(yùn)輸過程中出現(xiàn)后右輪胎脫出現(xiàn)象，造成外車輪總成脫落飛出，內(nèi)車輪輪胎、鋼圈破裂報(bào)廢。

2 宏觀分析

根據(jù)委托方提供樣品可見螺栓斷裂發(fā)生在螺紋部位，在最終斷裂時(shí)，斷裂部位未發(fā)生明顯塑性變形，說明螺栓斷裂時(shí)承受較小的軸向拉伸力。外部斷口整齊，內(nèi)部呈現(xiàn)波浪狀，說明螺栓在斷裂前承受橫向彎曲力，可初步判定為疲勞剪切斷裂。

3 化學(xué)成分分析

采用直讀光譜法對(duì)螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如下表所示，其化學(xué)成分符合40Cr鋼的要求。

C% Si% Mn% P% S% Cr%標(biāo)準(zhǔn) 0.37-0.44 0.17-0.37 0.50-0.80 ≤0.025 ≤0.025 0.80-1.10實(shí)測(cè) 0.38 0.18 0.67 0.012 0.025 0.96

4 摩擦系數(shù)分析

預(yù)緊力下扭矩T（Nm）預(yù)緊力與保證載荷比率%330 108.0 0.120 47.9%380 124.3 0.120 55.2%330 100.3 0.130 44.5%380 115.5 0.130 51.2%330 93.6 0.14 41.5%380 107.8 0.14 47.8%預(yù)緊力kN總摩擦系數(shù)μtot

根據(jù)委托方提供，該款零件的實(shí)際摩擦系數(shù)在0.12～0.14之間，且實(shí)際裝配扭矩為330～380Nm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T16823.3-2010對(duì)裝配扭矩及摩擦系數(shù)進(jìn)行計(jì)算如下：

5 綜合分析

從上述分析結(jié)果可知，螺栓斷口附近未發(fā)生塑性變形，外部斷口整齊，內(nèi)部呈現(xiàn)波浪狀，該斷口為典型的疲勞斷口，同時(shí)在電鏡掃描中發(fā)現(xiàn)明顯的疲勞輝紋，微觀形貌顯示斷裂面韌窩區(qū)域約占整個(gè)斷面面積的10%左右，說明螺栓斷裂時(shí)承受較小的軸向應(yīng)力。

通過送樣人反饋的摩擦系數(shù)及客戶實(shí)際裝配扭矩計(jì)算可知，螺栓所產(chǎn)生的最大軸向力為124.3kN，僅占保證載荷的55.2%，而螺栓所產(chǎn)生的最小軸向力為93.6kN，僅占保證載荷的41.5%，故螺栓在實(shí)際裝配中，未將螺栓擰緊。這樣螺栓在服役過程中，將會(huì)產(chǎn)生橫向滑移。輪轂旋轉(zhuǎn)一周，則螺栓被橫向剪切一次，周而復(fù)始螺栓將產(chǎn)生松動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生疲勞斷裂，從而導(dǎo)致整個(gè)輪轂上的螺栓松動(dòng)或斷裂。

6 結(jié)論

送檢螺栓出現(xiàn)斷裂的主要原因是螺栓在實(shí)際裝配過程中，未完全擰緊，導(dǎo)致螺栓在實(shí)際服役過程中出現(xiàn)疲勞斷裂。

該款螺栓的實(shí)際裝配扭矩與摩擦系數(shù)不匹配，導(dǎo)致螺栓在實(shí)際裝配中出現(xiàn)假擰緊狀態(tài)，未充分利用螺栓性能。