接頭連接螺釘斷裂分析

田語(yǔ)博

摘? 要：材料為1Cr17Ni2的接頭連接螺釘在振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生斷裂，通過(guò)裂紋宏觀觀察、掃描電鏡觀察、能譜分析、化學(xué)成分分析、硬度檢測(cè)、金相觀察等手段對(duì)失效件進(jìn)行分析，結(jié)果表明：結(jié)合失效件斷口上的疲勞特征以及振動(dòng)試驗(yàn)歷程可以初步確定失效件斷裂為疲勞斷裂。

關(guān)鍵詞：1Cr17Ni2;連接螺釘;斷裂;疲勞

0引??? 言

1Cr17Ni2屬于馬氏體-鐵素體不銹鋼。該鋼具有良好的耐蝕性和較高的強(qiáng)度、切削加工性能及冷沖壓成形性能，適用于制造在潮濕介質(zhì)中工作的承力件[1]。螺釘作為重要的緊固件，其失效事故發(fā)生較多，造成的危害很大[2-4]。

2020年3月，某廠某產(chǎn)品的接頭連接螺釘在振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生斷裂。斷裂螺釘選用標(biāo)準(zhǔn)為HB1-126F-95，材料為1Cr17Ni2，表面鈍化處理。筆者對(duì)失效件進(jìn)行分析，初步得出了開(kāi)裂原因，并提出相應(yīng)的解決措施。

1.試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

1）裂紋觀察

通過(guò)體視鏡對(duì)失效件進(jìn)行宏觀觀察，斷口形貌如圖1所示。失效件斷裂部位位于螺釘?shù)谝豢厶帯ＪЪ嗝嫫秸⒏蓛簦匆?jiàn)明顯的冶金缺陷及腐蝕產(chǎn)物，無(wú)明顯的塑性變形，外輪廓依舊保持圓形。源區(qū)位于螺紋牙底，裂紋從上向下擴(kuò)展，在圖1下側(cè)斷開(kāi)。

2）掃描電鏡觀察

通過(guò)掃描電鏡對(duì)斷口進(jìn)行觀察。裂紋源區(qū)未見(jiàn)明顯冶金缺陷及機(jī)械損傷，微觀形貌如圖2所示。裂紋擴(kuò)展區(qū)可見(jiàn)疲勞輝紋，如圖3所示。裂紋瞬斷區(qū)微觀為韌窩形貌，如圖4所示。

3）能譜分析

對(duì)斷口進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明：斷口表面主要元素為Fe、C、Cr、Ni、Si、O，O元素表明斷口存在輕微氧化，未見(jiàn)其它異常元素。

4）力學(xué)檢測(cè)

對(duì)失效件取樣后進(jìn)行維氏硬度測(cè)試，失效件硬度為HV0.3：371～381，按GB/T1172-1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》轉(zhuǎn)換為抗拉強(qiáng)度為1195～1233MPa，滿足HB1-101-2002《圓柱頭螺栓》中1075～1275MPa的要求。

5）化學(xué)檢測(cè)

在失效件上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明失效件成分符合GB/T1220-1992標(biāo)準(zhǔn)要求。

6）金相分析

對(duì)失效件取樣后進(jìn)行金相檢測(cè)，其組織為回火索氏體+鐵素體，形貌如圖6所示。

2.分析與討論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，失效件的力學(xué)性能和金相組織均符合技術(shù)條件要求，失效件斷面上未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷。

對(duì)斷口進(jìn)行能譜分析，結(jié)果表明：斷口表面主要元素為Fe、C、Cr、Ni、Si，為1Cr17Ni2正常元素。未見(jiàn)腐蝕性元素，排除腐蝕造成斷裂的可能。

通過(guò)對(duì)斷口進(jìn)行觀察。斷口觀察表面，失效件斷面平整、干凈，基本保持原有的圓形外輪廓。裂紋源區(qū)未見(jiàn)冶金缺陷及機(jī)械損傷;裂紋擴(kuò)展區(qū)可見(jiàn)疲勞輝紋，為疲勞斷裂典型的微觀形貌;裂紋瞬斷區(qū)微觀為韌窩形貌。

失效件斷裂處位于螺釘?shù)谝豢鄣穆菁y牙底，該處受拉應(yīng)力最大且應(yīng)力集中，裂紋容易萌生。失效件在振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)發(fā)生斷裂，振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中受到交變應(yīng)力作用。

結(jié)合失效件斷口上的疲勞特征以及振動(dòng)試驗(yàn)歷程可以初步確定失效件斷裂為疲勞斷裂。

3.結(jié)論及建議

3.1 失效件斷裂為疲勞斷裂。

3.2 建議核查螺釘設(shè)計(jì)裕度以及螺釘?shù)难b配狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《中國(guó)航空材料手冊(cè)》編輯委員會(huì). 中國(guó)航空材料手冊(cè)，第一卷，結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001：350

[2]譚瑩，周崎，曹標(biāo)，等螺釘斷裂原因分析[J].金屬熱處理，2007，32（ z1） ： 328-331.

[3]燕翔，李娜.自制螺釘表面裂紋成因分析[J].失效分析與預(yù)防，2010，5（ 4） ： 243-246.

[4]劉昌奎，臧金鑫，張兵. 30CrMnSiA 螺釘斷裂原因分析[J].失效分析與預(yù)防，2008，3（ 2） ： 42-47.