優(yōu)爾鴻信檢測(cè) 差速器螺栓失效分析

時(shí)間：2024-12-27作者：優(yōu)爾鴻信檢測(cè)技術(shù)(深圳)有限公司瀏覽：95

01 測(cè)試背景

客戶螺栓安裝于變速器箱內(nèi)差速器總成上，扭矩扳手每天班前進(jìn)行校準(zhǔn)。在太原及長沙整車下線路試時(shí)發(fā)生多起螺栓斷裂失效，斷裂位置基本位于螺牙與光桿過渡區(qū)域，如圖1及表1所示，失效比例約為0.014%。
客戶將斷裂試樣委托實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，確認(rèn)造成螺栓斷裂的真正原因。

 

圖1 斷裂試樣及正常樣品圖

表1 斷裂試樣信息

 

02 樣品信息描述

客戶螺栓安裝于變速器箱內(nèi)差速器總成上，單個(gè)差速器裝配12pcs螺栓，裝配扭矩145±10N·M，實(shí)際設(shè)定為145N·M。螺栓規(guī)格：12.9級(jí)，M12×26，材質(zhì)SCM435，硬度39~44HRC。制程：冷鐓→搓絲→熱處理→表面磷化處理。

03 測(cè)試項(xiàng)目規(guī)范及設(shè)備信息

                                                                                     

 

04 測(cè)試結(jié)果

 4.1|斷口表面觀察結(jié)果

對(duì)斷口形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖2所示：斷裂1試樣斷口平齊，有明顯的放射線與撕裂棱存在，A為放射線的起源位置，應(yīng)為裂紋源位置。

 

圖2 斷口形貌圖

4.2|斷口SEM+EDS分析

對(duì)斷裂螺栓斷口進(jìn)行SEM+EDS分析，結(jié)果如圖3~4及表2所示：1、斷裂螺栓試樣的裂紋源位置上均存在明顯的摩擦痕跡，成分中都含有不同量的P、Zn，這是表面磷化處理的特征元素，很有可能是螺栓磷化前存在微小裂紋；
2、斷裂螺栓的擴(kuò)展區(qū)呈現(xiàn)為典型的延晶斷裂特征，同時(shí)存在著雞爪紋與孔洞，這是氫脆特征；
3、斷裂螺栓的瞬斷區(qū)呈現(xiàn)為準(zhǔn)解理特征；4、斷裂螺栓為脆性斷裂失效模式，有氫脆特征。



圖3 試樣表面各區(qū)微觀斷口形貌

 

圖4 EDS分析位置

        表2 EDS分析結(jié)果（%）

                                                                            

4.3|試樣切面分析

對(duì)斷裂螺栓及正常位置切面形貌觀察，結(jié)果如圖5所示：1、斷裂試樣斷口附近螺牙未發(fā)現(xiàn)有裂紋，斷口附近基材內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)有缺陷；2、正常試樣螺牙及桿部也未發(fā)現(xiàn)有裂紋，螺栓質(zhì)量良好。

圖5 切面形貌圖

4.4|試樣金相組織分析

對(duì)起泡位置與正常位置金相組織進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示：芯部及牙部組織均為回火屈氏體+少量鐵素體，牙部表層未發(fā)現(xiàn)有脫碳層。

 

                                                                                                           

圖6 試樣金相組織（500×）

4.5|試樣硬度

對(duì)斷裂螺栓斷口及正常試樣牙部及芯部硬度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表3所示：斷裂及正常試樣芯部硬度~430HV0.3，符合12.9級(jí)螺栓對(duì)材質(zhì)硬度要求，斷裂試樣牙部硬度較芯部高，~480HV0.3，超出規(guī)格要求。

表3 維氏硬度測(cè)試結(jié)果

 

4.6|試樣化學(xué)成分

對(duì)斷裂螺栓的化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表4所示：試樣材質(zhì)化學(xué)成分均符合SCM435規(guī)格。

表4 化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果（%）

 

05 結(jié)果分析討論

通過對(duì)斷裂及正常螺栓進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)：螺栓成分符合SCM435規(guī)格要求，正常螺桿及斷裂螺牙結(jié)構(gòu)完整，未發(fā)現(xiàn)有裂紋等缺陷，芯部及牙部組織均為回火曲氏體+少量鐵素體，牙部表面未發(fā)現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，但斷裂螺栓可以發(fā)現(xiàn)一些特征：1、裂紋源上存在摩擦痕跡及成分中存在P、Zn元素（磷化特征元素），應(yīng)是由于磷化處理工藝前螺栓上存在有微裂紋；2、斷口上的雞爪紋及孔洞顯示了螺栓的氫脆特征；3、芯部硬度符合12.9級(jí)螺栓硬度要求，但斷裂螺牙硬度較芯部高，超出了螺栓硬度規(guī)定，這無疑增加了螺栓的脆性。螺栓經(jīng)過表面磷化處理，都有一定的氫脆傾向，本案中螺栓斷裂失效比較小，同時(shí)斷裂時(shí)間也不同，因素2應(yīng)該不是造成斷裂的主因，因素1及3應(yīng)是導(dǎo)致螺栓脆性斷裂的主因。

06 結(jié)論與建議

螺栓上的微裂紋及螺牙硬度超規(guī)格應(yīng)為螺栓脆性斷裂的主因；建議：1、注意螺栓加工工藝，防止出現(xiàn)表面微裂紋缺陷；2、磷化處理后要做好除氫工藝。

 


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