歡迎來到邯鄲市天聰緊固件制造有限公司!
網站地圖
管片螺栓

全國服務熱線

管片螺栓
當前位置: 首頁 > 資訊中心

某Q235A材料U型螺栓失效分析

某Q235A材料U型螺栓失效分析

更新時間:2021-04-03 編輯:管理員

U型螺栓作為常見的固定連接件,主要用于固定管狀物如水管,以及片狀物如汽車板簧等。斷裂U型螺栓見圖1,螺栓材質為Q235A,線材下料后兩端滾壓成M12螺栓,整體再熱浸鍍鋅處理。裝配采用扭力扳手,當扭矩達到44N?m時,螺紋部位發生斷裂,斷裂現象集中于同一生產批次。為了詳細分析螺栓斷裂原因,從其它批次安裝后未斷裂的合格螺栓中拆卸1件與斷裂螺栓做對比分析。

1、試驗材料及方法

首先對斷裂螺栓進行宏觀目視檢查,同時取樣分析化學成分,使用掃描電鏡對端口形貌及夾雜物進行微觀分析。接著分別截取斷裂螺栓和合格螺栓螺紋處的橫截面和縱截面,制樣后利用多功能金相顯微鏡進行非金屬夾雜物和金相組織分析。最后對兩種螺栓分別取樣進行力學拉伸實驗。<

圖1

2、檢測與結果
2.1 斷口分析

斷口宏觀形貌見圖2,斷口經超聲波清洗后在掃描電鏡下觀察,結果見圖3。裂紋起源于螺紋牙底位置,朝中心擴展,瞬斷區處于螺桿中心附近。裂紋源處產生明顯由表及里的開裂痕跡,裂紋擴展區可見拋物線韌窩,瞬斷區存在撕裂嶺并呈準解理特征,解理面上同樣存在少量韌窩。韌窩的存在表明材料脆性不明顯,具有一定的韌性。斷面無疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂、氫脆斷裂特征,裂紋擴展區占比大,瞬斷區面積小,其在低應力下斷裂。

圖2

圖3

2.2 化學成分分析

用直讀光譜儀對斷裂螺栓和合格螺栓進行化學成分分析,結果見表1,符合GB/T700-2006《碳素結構鋼》標準規定。但斷裂螺栓的碳和合金元素含量均高于合格螺栓。

2.3 金相檢驗

非金屬夾雜:在螺紋處分別截取斷裂螺栓和合格螺栓的縱截面,經磨拋處理,按GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》標準A法評定,結果見圖4。螺栓夾雜物評級見表2。斷裂螺栓夾雜物C類2.5級,超過內控標準C類≤1.5級要求,不合格。

圖4

晶粒度和組織:取斷裂螺栓和合格螺栓的橫截面和縱截面分別制樣,用4%硝酸酒精溶液室溫侵蝕,結果見表三。橫截面晶粒度檢測,按GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測定方法》采用比較法進行評級,兩螺栓均無混晶,其中合格螺栓晶粒度為7.0級,見圖5(a);斷裂螺栓晶粒度為8.5級,見圖5(c)。

縱截面觀察金相組織,合格螺栓組織為塊狀鐵素體+少量珠光體,帶狀1級,見圖5(b);斷裂螺栓的組織為長條狀鐵素體+珠光體+三次滲碳體+貝氏體,且珠光體含量高于合格螺栓,帶狀2級,見圖5(d)。

圖5

螺紋檢查:取斷裂螺栓斷口牙底附近和合格螺栓同位置橫截面,經4%硝酸酒精溶液室溫侵蝕后在顯微鏡下觀察,兩螺栓都存在脫碳層,脫碳層深度相近分別為0.15mm和0.13mm。合格螺栓沒有發現微裂紋,見圖6(a);斷裂螺栓存在微裂紋,裂紋尾部尖細由表向里沿晶擴展,見圖6(b)。

圖6

2.4 力學性能和硬度檢測

將兩螺栓平行段加工成拉伸試樣,測試其抗拉強度,并取橫截面測試其心部維氏硬度,結果見表4。GB/T 700-2006《碳素結構鋼》要求Q235A抗拉強度在370~500MPa之間,對比檢測結果,對比檢測結果,斷裂螺栓遠超過標準,合格螺栓略高于標準;維氏硬度斷裂螺栓高于合格螺栓。

3、分析與討論

Q235A為碳素結構鋼,含碳量較低,韌性和塑性較好,在組織狀態優良的情況下具有較好的延展性,可做沖壓件。本文對比合格和斷裂兩螺栓,其夾雜物級別、組織和力學性能上存在明顯的差異。

斷裂螺栓夾雜物C類2.5級,超過內控標準C類≤1.5級要求,其組織為長條狀鐵素體+珠光體+三次滲碳體+貝氏體,帶狀2級,且珠光體含量高于合格螺栓;合格螺栓夾雜物等級合格,組織為塊狀鐵素體+少量珠光體,帶狀1級。合格螺栓在夾雜物、帶狀、金相組織方面都好于斷裂螺栓。

兩者的差異與其原材質純度和制造工藝有關,原材料的純度和結晶的均勻性直接影響夾雜物與帶狀偏析等級。金相組織與軋制工藝有關,Q235A原材料主要制造工藝有熱軋、控軋控冷等,預備熱處理有控冷、正火。原材料經熱軋,當終軋溫度偏低,鐵素體無法實現完全再結晶,保持軋制中拉長形態,若軋后冷速過慢將導致滲碳體的沿晶析出。同時斷裂螺栓C含量高,珠光體數量多,Si、Mn和其它合金元素也高于合格螺栓,其奧氏體更為穩定,在同樣的冷卻工藝條件下容易形成貝氏體等非平衡組織,相比合格螺栓其晶粒也更細,其強度和硬度會更高。終軋溫度低利于形核和抑制晶粒長大,因此晶粒更為細小

對不合格的熱軋組織,后續采用正火可以改善帶狀、消除三次滲碳體和貝氏體非平衡組織,但會增加生產成本。<

合格螺栓組織接近平衡態,組織實現完全再結晶,先共析鐵素體成塊狀,組織均勻無明顯帶狀,各向異性少;斷裂螺栓沿晶界聚集有三次滲碳體和貝氏體組織,再結晶不完全鐵素體保持兩相區軋制的拉長狀態,材料的偏析造成帶狀,存在各向異性。

夾雜物超標以及沿晶界聚集的三次滲碳體組織,易在折彎、沖壓、滾壓等塑性變形中沿晶界開裂,同時帶狀會降低橫向塑性、脫碳會降低強度和表面硬度、貝氏體組織硬度高不易變形都會增加裂紋傾向。

4、結語

(1)螺栓斷裂的主要原因是夾雜物超標及沿晶界聚集的三次滲碳體不合格金相組織,使得滾壓過程中螺紋牙底位置形成了沿晶界開裂的微裂紋。

(2)帶狀會降低橫向塑性、貝氏體組織硬度高不易變形都會增加裂紋傾向。

此外,螺栓表面存在的脫碳現象,會影響螺栓的整體力學性能,應盡量避免。


2019一本大道香蕉大在线-欧美免费全部免费观看-搞搞网日本三级视频