缸蓋螺栓斷裂失效分析
發(fā)布時(shí)間：2021-06-30 16:12:14 點(diǎn)擊次數(shù)：327
兩缸蓋螺栓(分別編1號(hào)和2號(hào))斷裂位置均在桿部和頭部交接處，裝配擰緊時(shí)螺栓主要受力挽狂瀾載重，此時(shí)，主應(yīng)力與軸線成45°，而切應(yīng)力則與軸線垂直。從斷口看，裂紋開(kāi)始區(qū)與軸線成45°角，展現(xiàn)為力挽狂瀾時(shí)的正斷斷口，是正應(yīng)力效用的結(jié)果。而瞬斷區(qū)與軸線垂直，瞬斷區(qū)面積占總斷口面積的絕大部分，解釋折斷時(shí)應(yīng)力較大或材質(zhì)強(qiáng)度不足。
2.2 化學(xué)成分和顯微組織分析
螺栓材質(zhì)牌號(hào)為40Cr鋼，硬度要求32～38HRC，金相組織要求1～3級(jí)(JB/T8837-2000)。經(jīng)檢驗(yàn)，1號(hào)缸蓋螺栓化學(xué)成份(質(zhì)量分?jǐn)?shù))合乎GB/T3077-1988之規(guī)定，見(jiàn)表1。兩螺栓基體組織均為細(xì)的回火索氏體，按JB/T8837-2000評(píng)定，組織為1級(jí)，合乎其1～3級(jí)之技術(shù)條件規(guī)定。邊沿組織中晶界明晰可見(jiàn)，但其色調(diào)顯著比其它部位淺，估算表面存在脫碳層，其中2號(hào)螺栓更加顯著，見(jiàn)圖1。
兩螺栓均殘存帶狀組織，帶狀組織中還有非金屬夾雜物，1號(hào)螺栓的帶狀組織見(jiàn)圖2，其間的硫化物類夾雜物明晰可見(jiàn)，但均在規(guī)定范圍之內(nèi)。
2.3 顯微硬度測(cè)試
經(jīng)磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)磁痕。經(jīng)測(cè)定，1號(hào)螺栓硬度值為34HRC，2號(hào)螺栓硬度值為36HRC和37HRC，相符32～38HRC技術(shù)條件規(guī)定。由于螺栓早已過(guò)調(diào)質(zhì)處理，所以僅根據(jù)金相組織來(lái)斷定外緣是不是存在脫碳層似乎尚缺證據(jù)。為證實(shí)邊沿是不是存在脫碳層，對(duì)邊沿和中心部位展開(kāi)了顯微硬度測(cè)試。
邊沿硬度最低中心硬度，更進(jìn)一步證明了邊沿存在脫碳層。邊沿碳含量的降低，使侵蝕程度下滑，因而色調(diào)較淺且晶界明晰可見(jiàn)。雖然螺栓在調(diào)質(zhì)后對(duì)其表面展開(kāi)了機(jī)加工，以除去熱加工所產(chǎn)生的脫碳層，但在桿部與頭部交接處往往難以用機(jī)器加工除去脫碳層，結(jié)果在桿和頭部的交接處保存了脫碳層。
2.4 分析與討論
由于最大應(yīng)力坐落螺栓外緣，而外緣存在脫碳，減低了邊沿的強(qiáng)度。雖然螺栓容許存在一定量的脫碳層，但脫碳層的存在對(duì)螺栓服役總是不利于的。由于裂紋來(lái)源于脫碳處，那么脫碳則成為該螺栓折斷失靈的主要因素之一。
