汽车缸盖螺栓断裂原因分析.pdf

第41卷第11期
全属
Vol 4I No. II
2016年
11月
HEAT TREATMENT OF METALS
November 2016
(2)_(2
失效分析
てアててがてがてゲ
汽车缸盖螺栓断裂原因分析
杨春,钟振前,司红,谢金鹏
钢铁研究总院失效分析中心,北京10008;2.清华大学材料学院,北京100084)
摘要:汽车发动机用的一批35CrMo钢缸盖螺栓使用不久后即发牛大比例的断裂,断裂位置都位于螺纹尾部磨削加工段,且断口形
貌都比较接近。化学成分、显微组织、硬度、表面和断门形貌的检査和分析结果表明,断裂螺栓属于氢脆引起的延迟断裂。断裂批
次螺栓的酸洗工序安排在了磨削和滚丝之后,螺纹尾部在酸洗后即出现了大量表面沿晶微裂纹,服役过程中沿晶裂纹进一步扩展
并最终断裂。存在过酸洗和酸洗工序安排不合理是引起螺栓断裂的主要原因。
关键词:缸盖螺栓;酸洗;氢脆;沿晶裂纹;磨削
中图分类号:TG157文献标志码:A文章编号:0254-6051(2016)11-0175-04
Failure analysis of fractured cylinder bolts
Yang Chun"", Zhong Zhengian', Si Hong, Xie jinpeng
(1. Failure Analysis Center, Centre Iron Steel Research Institute, Beijing 100081, China.
2. School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract A batch of 35 Cr o cylinder bolts used on cars were fractured in large proportion after short actual runing. All the fractured bolts
were cracked at the tail of thread, where were grinded, and their fracture morphology was similar. The results of chemical analysis
metallographic test, hardness test, surface and fracture morphology observation show that it is hydrogen induced delayed fracture. The
intergranular cracks propagating to fractures are formed in the acid pickling process after grinding and thread rolling. The main reasons of the
fracture failure are attributed to overpickling and unreasonable arrangement of acid pickling
Keywords cylinder bolt; acid pickling hydrogen embrittlement intergranular crack; grinding
螺栓作为重要的紧固件,在汽车上被大量应用,如见表1。对比35CrMo钢的化学成分规范要求可见,断
缸盖螺栓、发动机固定螺栓、连杄螺栓、车轮螺栓等等。裂螺栓材料中Mn的含量略高于规范要求上限,其它
车用高强度螺栓紧固着汽车上各种运动件和承受大应元素含量均在规范要求范围内。断裂螺栓光杆段心部
力的联接件,其制造工艺要求高,任何的瑕疵都将严重位置氢含量为0.8pm。
影响行车安全。
表1材料化学成分分析结果(质量分数,%
某企业生产的用于固定铝合金发动机缸盖的一批
Table 1 Chemical composition analysis
35CrMo钢缸盖螺栓,在使用不久后即出现了较大比例
result (mass fraction, %)
的断裂,并且它们的断裂位置相同、断口形貌特征相
C
Mn
P
近。为确定螺栓断裂原因,选取一根典型的断裂螺栓
断裂螺栓0.390.200.740.930.180.0120.002
根同批次的未使用螺栓和一根正常批次(未发生过
35 Crvo
320.17~0.40~0.80~0.15
断裂)的未使用螺栓进行对比分析。断裂螺栓取自
GB/T3077
0.400.370.701.100.250.0350.035
1999
辆行驶7000km的1.8L.排量轿车上,其发动机缸盖
上共有10根同规格的螺栓,其中3根发生断裂。
1.2断口分析
检査发现,收集到的断裂螺栓都是从图1(a)中箭
分析过程和结果
头所指的螺纹尾部断裂,断口都分布在尾部几毫米长
1.1材料化学成分分析
的较为光亮的机加工区段。螺栓开裂都是从试样的表
从断裂螺栓上取样进行材料化学成分分析,结果面开始,为多源起裂,起裂源附近的断面比较粗糙,心
部有一块平坦的疲劳断口,最后断裂区为斜断口,典型
收稿日期:2016-05-22
断口形貌见图1(c),箭头所指为裂纹扩展方向。
作者简介:杨春(1982一),男,高级工程师,博士研究生,要从事金属
材料微观组织与性能研究和机电装备失效分析工作,联系电话:010
在扫描电子显微镜(JSM6400)下观察看到,螺栓
62182969.F-mail:vangchun82(@139.com
首先发生了脆性沿晶开裂,沿晶断口而积占整个断口
doi:10.13251/j.issn.02546051.2016.11.039
的一半,沿晶断面比较干净,部分沿晶断面上可观察到
方方数据