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缸蓋螺栓斷裂失效分析
2012-10-11 11:33:34

  兩缸蓋螺栓(分別編1號和2號)斷裂位置均在桿部和頭部交接處,裝配擰緊時螺栓主要受扭轉載荷,此時,主應力與軸線成45°,而切應力則與軸線垂直。從斷口看,裂紋開始區與軸線成45°角,表現為扭轉時的正斷斷口,是正應力作用的結果。而瞬斷區與軸線垂直,瞬斷區面積占總斷口面積的絕大部分,說明斷裂時應力較大或材料強度不足。2.2化學成分和顯微組織分析螺栓材料牌號為40Cr鋼,硬度要求32~38HRC,金相組織要求1~3級(JB/T8837-2000)。經檢驗,1號缸蓋螺栓化學成分(質量分數)符合GB/T3077-1988之規定,見表1。兩螺栓基體組織均為細的回火索氏體,按JB/T8837-2000評定,組織為1級,符合其1~3級之技術條件規定。邊緣組織中晶界清晰可見,但其顏色明顯比其它部位淺,估計表面存在脫碳層,其中2號螺栓更為明顯,見圖1。兩螺栓均殘留帶狀組織,帶狀組織中還有非金屬夾雜物,1號螺栓的帶狀組織見圖2,其間的硫化物類夾雜物清晰可見,但均在規定范圍之內。2.3顯微硬度測試經磁粉探傷,未發現磁痕。經測定,1號螺栓硬度值為34HRC,2號螺栓硬度值為36HRC和37HRC,符合32~38HRC技術條件規定。由于螺栓已經過調質處理,所以僅根據金相組織來判定邊緣是否存在脫碳層似乎尚缺證據。為證實邊緣是否存在脫碳層,對邊緣和中心部位進行了顯微硬度測試。

  邊緣硬度低于中心硬度,進一步證實了邊緣存在脫碳層。邊緣碳含量的降低,使侵蝕程度下降,因而顏色較淺且晶界清晰可見。雖然螺栓在調質后對其表面進行了機加工,以去除熱加工所產生的脫碳層,但在桿部與頭部交接處往往難以用機械加工去除脫碳層,結果在桿和頭部的交接處保留了脫碳層。2.4分析與討論由于最大應力位于螺栓邊緣,而邊緣存在脫碳,降低了邊緣的強度。雖然螺栓允許存在一定量的脫碳層,但脫碳層的存在對螺栓服役總是不利的。由于裂紋源于脫碳處,那么脫碳則成為該螺栓斷裂失效的主要因素之一。

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