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周杰伦 质量(liang)分析(xi)

4.8级螺栓头部断裂失效分析

1. 概述 委托方提供两组断裂螺栓残件及若干完好螺栓,据委托方描述,失效螺栓在进行楔负载试验时出现掉头,要求分析原因。该批螺栓规格为M16,性能等级4.8级,材料牌号为Q195,表面电镀黄锌。图1所示为送检失效螺栓断面宏观形貌,可见断口平整,表面金属本色,未见明显塑性变形痕迹。值得注意的是,螺栓断裂位置不是位于头下圆角处,而是位于六角头内部。

断裂螺栓宏观形貌

图1 断裂螺栓宏观形貌

2. 楔负载实验
随机抽取送检的两件完好螺栓进行楔负载试验(楔垫角度6度),1#样品断裂位置位于未旋合的螺纹部位,断裂载荷为83.0kN,试验后样品如图2所示 。

好样品楔负载试验后宏观形貌

图2 1#完好样品楔负载试验后宏观形貌

2#样(yang)品(pin)断裂(lie) 载(zai)荷为(wei)29.0kN,断裂(lie)位置位于头部六角面内,试验后样(yang)品(pin)如图3所示。根据(ju)“GB/T3098.1-2010”规(gui)(gui)定(ding):规(gui)(gui)格为(wei)M16,性能等级4.8级的粗牙螺栓(shuan)最(zui)小(xiao)拉力(li)载(zai)荷为(wei)65.9 kN,断裂(lie)不允许发生在头部。1#样(yang)品(pin)符(fu)合(he)标准规(gui)(gui)定(ding),2#样(yang)品(pin)不符(fu)合(he)标准规(gui)(gui)定(ding)。

完好样品楔负载试验后宏观形貌

图3 2#完好样品楔负载试验后宏观形貌


图4所示为2 #试样断裂头部的断面宏观形貌,箭头所指位置为断裂源区。

4.8级螺栓断裂源区


图4 2#试样断面宏观形貌

3. 金相分析

将2件样品断(duan)(duan)裂头(tou)部(bu)沿(yan)纵轴(zhou)线(xian)(xian)剖开,经(jing)磨制、抛(pao)光、腐蚀(shi)后观(guan)察头(tou)部(bu)流(liu)(liu)(liu)线(xian)(xian)形(xing)貌,如图(tu)5、图(tu)6所(suo)示。由图(tu)5可见,1#试样(楔负(fu)载(zai)合格(ge))虽(sui)然流(liu)(liu)(liu)线(xian)(xian)分布欠对称,但流(liu)(liu)(liu)线(xian)(xian)尚且连续,较顺畅,未出现明显异常。由图(tu)6可见,2#样品(楔负(fu)载(zai)不合格(ge))断(duan)(duan)裂源为箭头(tou)所(suo)指的流(liu)(liu)(liu)线(xian)(xian)转弯位置(与(yu)断(duan)(duan)面形(xing)貌吻合),该试样头(tou)部(bu)流(liu)(liu)(liu)线(xian)(xian)紊(wen)乱、不顺畅,同时左(zuo)右两侧流(liu)(liu)(liu)线(xian)(xian)明显不对称。

螺栓头部断裂-金相分析图


图5 1#样品头部流线 图6 2#样品头部流线

在另外几(ji)件送(song)检(jian)的完好螺栓中(zhong)任(ren)取(qu)4件进(jin)行头(tou)部(bu)流(liu)(liu)(liu)线检(jian)测(ce),结果(guo)如图(tu)7~10所示(shi):图(tu)7所示(shi)样(yang)品(pin)头(tou)部(bu)流(liu)(liu)(liu)线左(zuo)(zuo)右(you)对(dui)称,但局部(bu)有紊(wen)乱(luan)和不连(lian)续(xu)(箭头(tou)所指(zhi)处);图(tu)8所示(shi)样(yang)品(pin)头(tou)部(bu)流(liu)(liu)(liu)线紊(wen)乱(luan),并在流(liu)(liu)(liu)线转折处断裂(lie)(箭头(tou)所指(zhi)处);图(tu)9所示(shi)样(yang)品(pin)头(tou)部(bu)流(liu)(liu)(liu)线连(lian)续(xu)、顺畅,但两侧对(dui)称度欠佳;图(tu)10所示(shi)样(yang)品(pin)头(tou)部(bu)流(liu)(liu)(liu)线左(zuo)(zuo)右(you)不对(dui)称,左(zuo)(zuo)边(bian)紊(wen)乱(luan)明(ming)显,箭头(tou)所指(zhi)为流(liu)(liu)(liu)线转折处出现(xian)中(zhong)断。

螺栓头部断裂样品分析

图7 完好样品头部流线 10X 图8 完好样品头部流线 10X

完好螺栓头部流线

图9 完好样品头部流线 10X 图10 完好样品头部流线 10X

图11所示为断裂螺栓杆(gan)部横截(jie)面低(di)倍组(zu)织,可见组(zu)织均匀,未发现偏(pian)析、缩松(song)等(deng)缺(que)陷。

断裂螺栓杆部横截面低倍组织

图11 试样横截面低倍组织

图12所(suo)示为(wei)断裂螺栓芯(xin)部(bu)金(jin)相(xiang)组织,为(wei)铁素体(ti)加少量珠光体(ti)。组织未现异常(chang)。


图12 试样芯部金相组织
图13所示断裂螺栓头部纵向剖面非金属夹杂物评定,根据“GB-T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准”可评定为D类(球状氧化物夹杂,细系)1级,A类(硫化物夹杂,细系)2级。
图13 试样非金属夹杂物评定

4. 螺栓材质分(fen)析

采用(yong)直读光谱法对(dui)断裂螺栓进行(xing)化学(xue)(xue)成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析,结(jie)果如表2所示,根据“GB/T 700-2006”对(dui)Q195钢化学(xue)(xue)成分(fen)(fen)的(de)规定,样品除(chu)C量略高于标准值外,其余各元素含量均在标准范(fan)围内。

表2 断裂螺栓化学成分

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化学(xue)元素 C Si Mn P S

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标准值 ≤0.12 ≤0.30 ≤0.50 ≤0.035 ≤0.040

测量值 0.13 0.095 0.333 0.034 0.019

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5.综合分析

对送检楔负载试验不合格螺栓进行检测分析后发现,不合格试验断裂均起源于六角头内部,经流线检查发现,该批螺栓头部流线存在较大比例异常(随机抽查六例,其中四例异常),表现为流线左右不对称、流线紊乱,并在流线转折处出现中断,中断位置基本与断裂面所示的断裂源区吻合。

6. 结论

一、送检(jian)螺栓楔负载不(bu)(bu)合格原因为头部流线存在紊乱(luan)、不(bu)(bu)对称、中断缺陷;

二、螺栓材质(zhi)硫(liu)化物夹杂2级,碳(tan)含量偏高。

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