汽车螺栓断裂失效分析.pdf

理化检验-物理分册PTCA(PART:APHYS.TEST.)2005年第41卷9

质量控制与失效分析
汽车螺栓断裂失效分析

王荣
(上海材料研究所,上海200437)

摘要:对汽车上某一连接发动机和车身的高强度级别螺栓在使用过程中发生的断裂进行了分
析。结果表明,螺栓的化学成分和金相组织均正常,其断裂为多源疲劳断裂。经对螺栓使用过程中
的受力情况分析,认为螺栓断裂主要是由于该螺栓在安装时预紧力不足或汽车在运行过程中,发动
机自身振动和汽车行进中颠簸而使螺栓产生了松动,从而受到交变载荷而在应力集中最为严重的
螺纹根部发生疲劳断裂。
关键词:螺栓;断裂;疲劳
中图分类号:U463.82文献标识码:A文章编号:10014012(2005)09047104

FRACTUREANALYSISOFBOLTFORCAR
WANGRong
(ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shanghai200437,China)
Abstract:Thehighstrengthboltfasteningmotorandautomobilebodywasbrokeninsurvice.Theanalysis
showedthatthechemicalcompositionandmicrostructurewereinnormalstate.Butthefracturerevealedfatigue
characteristic.Finally,theforceactingonboltwereanalyzed,theresultsshowedthattheboltwerefatiguefracture
occurredintherootofboltatwhichsufferingalternationstressandstressconcentration,whichresultedfromthe
motorbodyvibrationandbumpresultinginabitmoreloosefromlackingofenoughpreforceinboltassembling.
Keywords:Bolt;Fracture;Fatigue

1概述

某汽车用高强度级别螺栓,材料为35CrMoA
钢,使用级别8.8级,表面镀锌。该螺栓在汽车运行
2107m时发生断裂,其宏观断口形貌见图1。该
螺栓在汽车上的装配情况见图2。图2中左边A零
件(黑色)通过两螺纹孔用螺栓紧固在车体上,断裂
螺栓贯穿的B零件(白色)内孔为光孔,直径为
图1失效螺栓断口形貌
146mm,孔长52mm;B零件由其上两个螺栓与
Fig.1Fractureappearanceofbolt
发动机相连;失效螺栓螺纹部分为M14,正常情况
由它将A零件和B零件连接起来,螺栓断裂处位于认为销孔变为椭圆形主要是由于销子的反复挤压导
距光杆第1~2扣螺纹处,距离螺栓六方头内端面致的磨损与变形。带销子的A零件通过橡胶件与
42mm;A零件上面的定位销直径为4.0mm,B零失效螺栓以及B零件柔性相连。
件上的销孔为椭圆形,尺寸为4.3~4.8mm,分析2试验与分析
2.1外观检查
收稿日期:20050328断裂螺栓螺纹顶部锌层磨损脱落,有较严重的
作者简介:王荣(1966-),男,高级工程师。
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理化检验-物理分册王荣:汽车螺栓断裂失效分析

出现很少量的塑性撕裂区(见图1)。
2.2成分分析
对失效螺栓取样进行化学成分分析,结果见表
1,分析结果符合GB699-1991中35CrMoA钢的
技术要求。
2.3金相检验
对断裂螺栓螺纹部分纵向沿直径方向切开,磨
抛后检查,基体显微组织为回火索氏体+极少量铁
图2失效螺栓在汽车上的安装情况素体(见图4),螺纹根部无脱碳现象(见图5)。显微
Fig.2Assemblestateofboltincar硬度梯度检查结果见表2,表明螺纹部分无明显硬
化现象。
损伤。对损伤部位沿直径轴向切割制成金相试样,
在显微镜下观察,第2至第11个螺纹根部均存在直
而细小的裂纹,而且螺纹牙顶损伤严重,几乎翻边,
见图3。分析认为,这是螺栓松动后,与发动机相连
的B零件与螺栓产生了相对运动,反复撞击螺纹部
分所致。

图4基体显微组织
Fig.4Microstructreofmatrix

图3螺牙顶部损伤情况
Fig.3Scratchingappearanceoftopofscrew

另外,图2中定位销孔有较大程度的形变,并已
发生椭圆变形,说明B零件和A零件产生过相对运
动,这也和螺栓的松动有着直接的关系。
图5