发一个疲劳断螺栓和大家分享

MYG

除了那张组织照片，其他照片都很清晰。

fangqingfeng123

fangqingfeng123

fangqingfeng123 发表于 2012-4-23 14:05

一、常规检验及结果:
  1)技术要求:  1)硬度: HRC32-39        2)金相组织:S1-4级;
  2)检验结果:  1)硬度HRC:39  38  39    2)金相组织;回火S,1级;

二、常规试验及结果:
  1)头部R角测量: 7#残件R0.692MM,库存件R0.507MM,R尺寸符合相关技术要求,但R 圆心出现左移现象,导致R外圆与齿面垂
    直线相切产生钝角,如图8所示;
  2)抗拉试验:图4所示2只样件进行保证载荷试验,均符合GB/T3098.1-2000技术要求;
  3)酸蚀试验:符合相关技术要求;
  4)氢脆试验:未见有明显气泡逸出;

三、宏观观测:
1)外观:所送样件中大部分出现锈蚀情况(7只有5只),锈蚀面均分布在未经装配螺纹区、无螺纹光杆区及带齿端面,呈现褐黄色;
  a.未锈蚀区:螺纹大径有轻微擦伤,呈白亮色, 中径及底径处均有绿色填充物覆盖,偶有裸露部分也未见锈蚀情况;
  b.锈蚀区:均发生在靠近六角头部分区域,大面积褐黄色,距六角头齿面约5MM范围内,未有大径擦亮现象, 5MM以外则也出现擦
    亮现象;
  c.混合区:六角头齿尖处均有挤压擦伤及变形痕迹,呈现白亮色,未有锈蚀,而齿底大部分被锈蚀掩盖(如图5所示);
2)断口:
  a.断面未见有明显塑性变形及拉长痕迹,呈银白色,细晶状,夹杂多量锈斑;
  b.断面(六角头端)整体下凹,形似碟形的皿器状,并与轴心线垂直;
  c.断面圆周有多处台阶排列,可清晰分辨沿圆周残留R角分布,共同组成太阳辉纹形;
  d.断面大部分区域呈现海滩状的贝纹线,推进纹路明显,后续延线发生C形变异,其所占比例极大,约为总面积94%左右;
  e.其续延线的终结部分有一岛状区,有明显塑性变形痕迹,无亮泽、较粗糙,呈现浅灰色,约为总面积6%左右;
  f.整个断面均为贝纹线及岛状区所占据,呈现脆性断裂特征;

四、结论:
   有缺口敏感、应力集中、多源、单向弯曲的高运行周期低载荷型早期疲劳失效;

五、原因:
  1)表面处理不佳或装配防护能力不强导致样品表面发生锈蚀及斑点;
  2)R圆角过渡弧形摆放位置欠佳,中心点发生偏移而产生钝角过渡;

六、分析:
     高周低载型疲劳失效的形成是发生在材料设计强度或屈服强度以下且仍处在材料的弹性范围内的一种失效方式,其主要是
  有高的运行周次及低的载荷方式下产生,与样品的设计构造、材料、表面或内部缺陷及使用环境有关,其样件的疲劳周期一般
  较长,超105次以上,是一种具有脆性无塑性变形的断裂特征;
     从紧固件的受载特征来说,R过渡圆角部位是一个应力集中且力载极大的一个过渡型区域,螺栓由于螺纹及其构造的原因,使
  其对缺口敏感性程度增大,其受力系数也极大,最大的部位为靠近螺孔的螺纹处,此处螺纹受应力值达到螺栓总应力的50%以上,
  而R过渡圆角却因其截面的突然变化,也就造成此处的应力高度集中,达到了总应力30%左右;
     从7#样品敲开的断裂形状及特征来分析,此件就是一个典型的高周低载型疲劳失效,附有单向弯曲力载,在此运行的环境
  下,R角弧形极为重要,但此样品存有明显制造缺陷,经测量其R的圆心向一侧偏移,形成了一个与齿面垂直线相切的钝角形状过
  渡区;而根据螺栓的受载特征分析,R过渡圆本就是应力高度集中区,而此形状的形成将进一步提高其受应力系数,从而增加其生
  成疲劳源头的发生机率;
     从大部分样品外表面锈蚀来看,此样品的表面处理欠佳或是运行环境防护不强,导致工件发生大面积锈情况,由于锈蚀的产
  生,将进一步恶化表面的光整度,严重区域将会发生锈斑、蚀坑,而蚀坑的产生也无形中提高了材料的缺口敏感性程度,从而造
  成应力进一步集中,降低了材料的抗疲劳寿命,发生早期失效;

七、改进措施:
    1.加强表面防护能力或表面处理;
    2.改进R角的形体摆放及尺寸并确保R中心对称;

fangqingfeng123

第1组图：螺栓全景







第2组图：螺栓R测量图







第3组图：断面及组织

nan409

表面防护应该不是问题的原因，只要还是R引起的。个人意见。

交流为主

严重同意5楼。
另：“ 4)氢脆试验:未见有明显气泡逸出;”这种方法检测氢脆适当？

gtn1314

交流为主 发表于 2012-5-22 16:43
严重同意5楼。
另：“ 4)氢脆试验:未见有明显气泡逸出;”这种方法检测氢脆适当？

有专门的断面含氢量测试仪器用于氢脆判断的，但即使是专门仪器测得结果好像也是差别较大，解释是断面新鲜程度不一样，含氢量就不一样。所以，业内还是以沿晶断面晶面是否具有鸡爪纹作为判断依据的较多，但是工程界一般也不会一直有那么典型的样品，所以断面含氢量测试也非常重要，还要依据钢种及强度综合判断，一般高强度钢断面含氢量哪怕很低也可能导致氢脆，总之断口分析挺复杂，争议也会比较多。
至于要到有气泡逸出才能够判断氢脆，似乎是有点过。

ccfx99

楼主的报告很详细，尤其是R角的测量值得学习，另外有一点想请教一下楼主，最后一张图和前面第四图的目的是说明什么，个人观点，建议楼主增加断口侧面照片，让人能直观判断断裂位置，是在R角的哪部分。感谢楼主分享！ 呵呵，得寸进尺如果能将螺栓受力及安装情况介绍一下更好了。

沧浪岁月

                 是40Cr的吗

chg1555

断裂照片上断裂处不是应力集中R处。

tianhuoliuyun

硬度低于40HRC氢脆风险非常小。另从多源疲劳看，还是应力集中为主要因素！

依心

fangqingfeng123 发表于 2012-4-23 14:11
一、常规检验及结果:
  1)技术要求:  1)硬度: HRC32-39        2)金相组织:S1-4级;
  2)检验结果:  1)硬 ...

请说明这个螺栓所用场合。