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局部过烧螺栓的断裂失效分析研究pdf

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-25

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  局部过烧螺栓的断裂失效分析 庞建召1’2 程恒德2 岑拳2 1广西大学机械工程学院,南宁530004 2广西玉柴机器股份有限公司,玉林537005 摘要某螺栓在装配过程中发现断裂,采用断口分析的方法对螺栓的断裂原因进行了分析, 结果表明,由于螺栓表面局部区域在制造过程中曾经过烧,使晶界弱化,从而导致螺栓早期断裂。 关键词螺栓过烧断裂 1 引 言 后调质处理,机加工,磷化处理。在装配过程中发现断裂,对其断口进行分析,查找其失效原因。 2理化检验 (1)宏观观察:螺栓断裂部位在螺栓的光杆部位,光杆部分直径约14 rnlYl,放射状棱线收敛于该处,可以判断该处为裂纹源区,见图2。 图1螺栓断裂部位 图2螺栓宏观断口形貌(20X) 12.9级的要求。 (3)材料化学成分 材料化学成分见表l。 表1 螺栓材料的化学成分 元素 C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu 实测值 0.387 0.258 O.615 0.010 0.004 1.03 O.196 0.072 0.170 标准值 O.38~0.450.17~0.370.5~0.8 ≤0.035 ≤0.035 0.9~1.2 O.15~0.25 ≤O.3 ≤0.2 474 (4)断口分析:对断口进行扫描电镜观察。发现较粗糙的小区域为具有岩石状花样的沿晶断 裂特征,在晶面上有细小的孔洞,具有晶界烧熔的特征,如图3、图4所示,这表明此处曾受到 过高的温度,已造成过烧。靠近源区的区域也是沿晶断裂,但其晶粒尺寸明显要比断裂源区细小。 心部为韧窝形貌,这是由于裂纹的不断扩展,使螺栓的承载面积不断减少,因过载而发生韧窝型 穿晶断裂。 图3沿晶断裂形貌(200x) 图4晶界上烧熔特征(1000X) 3现场分析 为此,对其制造工艺、装配工艺进行调查。发现生产该螺栓的厂家与其他厂家在热镦六角头时 的工艺有差别,该厂镦六角头前是用电接触加热的,而其他厂家是感应加热的。 电接触加热示意图见图5,当被加热工件接通触头两极时,变压器次组构成回路,由于工件 本身具有电阻,变压器初组接通后,电流通过,工件即可被加热到所需要的温度。当触头与坯料 间接触不良时,变压器初组接通后,触头与工件间存在高压,会产生电弧放电,造成了局部烧伤, 导致晶界烧熔。 对生产工艺的现场调查证实了这一猜测,在热锻六角头时,有时会有因接触不良,工件与触 头间存在电弧放电现象。 图5电接触加热示意图 4结果及讨论 根据上述检验结果,螺栓的化学成分、硬度、金相组织均符合要求,可以排除材料错用和调 质处理不良而造成的断裂。 从螺栓的结构分析,螺栓最薄弱的部位应是第一扣螺纹处。螺栓正常的过载断裂应在螺纹段, 而断裂在光杆段显然是不正常的。该螺栓表面存在局部过烧的缺陷,应该是主要原因。由于表面 存在缺陷,螺栓受力后首先在该薄弱环节产生微裂纹,裂纹在力的作用下逐步扩展,由于螺栓的 475 承载面积不断减少,最终出现断裂。 根据检验结果,在生产中取消了电接触加热工艺,改为感应加热,彻底消除了螺栓表面局部 过烧的隐患,未再有类似问题反馈。 5结论 该螺栓断裂是由于在热镦六角头电接触加热时,触头与坯料接触不良,产生电弧,引起表面 局部区域晶界表面烧熔,在装配受力后发生断裂。 参考文献 1 机械工程材料测试手船物理金相卷.沈阳:辽宁科学技术出版社,1999,872 2锻压手册第3卷.北京:机械工业出版社,1996,842~845 3胡世炎.机械失效分析手册.成都:四川科学技术出版社,1999,651~653 作者简介: 庞建召 男,1972年7月出生,工程师。 通讯地址:广西玉林市天桥西路88号 电线

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