某轴承调隙螺栓断裂原因分析

发布时间：2019-10-25 浏览次数：954

　　10.9级轴承调隙螺栓，规格为M20×65，40Cr钢制作，表面达克罗处理。螺栓安装在车辆前轴与轴承挡板上用于固定轴承调隙组片。共安装六枚螺栓，安装扭矩为390-400N·m，采用锁止钢丝锁紧，车辆服役3435小时后轴承损坏，轴承内圈掉出轮毂，前轴端部下方磨损严重，六颗螺栓全部断裂。
　　15.4.1试验过程与结果
　　从前轴里面取出的一件（半截螺栓），另取2件完好件，分析断裂原因。
　　首先从螺栓安装图观察，断裂螺栓的安装位置在用于固定轴承调隙组片的轴承挡板上，见图15-17。 　　（1）故障件检查
　　螺栓断裂残件及两件完好件，宏观形貌如图15-18。
　　断裂发生于螺纹牙底，见图15-19。
　　断口穿过相邻两个螺纹的牙底和牙顶，断面光亮呈金属本色，未见明显腐蚀产物及冶金缺陷，断口附近可见明显宏观剪切塑性变形，断口宏观形貌，见图15-20。 　　（2）扫描电镜观察
　　断口上有剪切断裂形貌特征，见图15-21。
　　从断裂源处至总终断区，微观组织形貌主要分别为剪切韧窝、剪切与等轴混合韧窝、等轴韧窝。
　　剪切韧窝形貌，见图15-22；剪切与等轴混合韧窝形貌，见图15-23；等轴韧窝形貌，见图15-24。 　　（3）性能试验与化学分析
　　取该批完好螺栓进行拉伸强度和硬度检测，检测结果：拉伸强度1194MPa（标准要求≥1040MPa）；心部硬度328～337HV10（标准要求320~380），拉伸强度和硬度符合《GB/T3098.1-2010》标准规定10.9级螺栓的要求。
　　采用直读光谱法对螺栓进行化学成分分析，分析结果，化学成分符合《GB/T3077-1999》标准40Cr钢要求。
　　（4）金相组织检查
　　对断裂螺栓金相组织检查，心部金相组织为均匀回火索氏体组织，见图15-25。 　　螺纹处金相组织碳势正常（图中白亮带为镀层），牙顶与牙底均未发现不连续性缺陷；见图15-26。
　　对断裂件螺纹牙底的金相组织放大高倍检查，牙底有微裂纹存在，且微裂纹外侧镀层已经破坏，说明微裂纹是在螺栓安装或服役过程中产生的，见图15-27。
　　断裂螺栓的非金属夹杂物检查，根据《GB-T10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准》评定，非金属夹杂物为D类球状氧化物（细系）1.5级，图15-28。 　　15.4.2综合分析
　　断裂螺栓的金相组织、化学成分、心部硬度、抗拉强度等均符合标准要求，断裂与材质及热处理无关。
　　断裂螺栓断口存在明显宏观剪切变形，断面微观形貌为大面积韧窝形貌，说明螺栓是在剪切力作用下发生的韧性断裂。
　　断口形貌检查发现螺纹底部存在微裂纹，微裂纹外侧镀层已破坏，说明螺栓在安装或服役之前是完好的，微裂纹只能是在成品螺栓安装或服役过程中产生。
　　该螺栓为轴承调隙螺栓，安装在车辆前轴与轴承挡板上用于固定轴承调隙片组，共六枚螺栓。车辆服役3435小时后发现轴承损坏，轴承内圈掉出轮毂，前轴端部下方磨损严重，六颗螺栓全部断裂。断裂发生于螺纹牙底，断口穿过相邻两个螺纹牙底和牙顶，断面光亮呈金属本色，断口新鲜，无可见腐蚀产物及冶金缺陷；断口附近可见明显剪切塑性变形，说明螺栓曾有过载情况。断口新鲜，说明微裂纹是在螺栓安装或服役过程中产生的，当螺栓在工作中受到较大的外力作用时，发生瞬间剪切断裂。
　　车辆前轴端部下方磨损严重，说明在轴承破坏及螺栓断裂前，车辆已经在非正常情况下服役了较长时间，当轴承破坏后，螺栓在外力作用下发生了过载断裂。
　　15.4.3结论与启示
　　（1）当螺栓在工作中受到较大的剪切外力作用时，发生瞬间剪切断裂。
　　（2）车辆在非正常情况下服役了较长时间，当轴承破坏时螺栓受到较大的剪切外力作用，在剪切外力作用下发生了剪切断裂。
　　（3）车辆在使用过程中一定要注意异常情况，要及时检修与维护，使车辆在完好情况下工作。