Page 75 - 理化检验-物理分册2021年第八期

孙明正: 地铁转向架连接螺栓断裂原因

见断裂螺栓的两个裂纹源区的外侧螺纹的原始镀层 1.2 化学成分分析
表面已损伤, 而中间一块区域的螺纹表面镀层情况完 在断裂螺栓上取样进行化学成分分析, 结果见

好, 这种现象说明了断裂螺栓旋合后, 其螺纹与配合 表1 。可见其化学成分符合 GB / T3098.1-2010 对
的内螺纹孔的螺纹接触面不均匀, 因此在裂纹源区会 8.8 级螺栓的成分要求。
有额外的弯曲受力情况。图 3 为断裂螺栓侧面的宏 表 1 断裂螺栓的化学成分( 质量分数)

Tab 1 Chemicalcom p ositionsofthefracturedbolt massfraction
观形貌, 可见螺纹表面残留有较多的螺纹胶。
%
元素 C B P S
实测值 0.35 0.003 0.010 0.005
标准值 0.25~0.55 ≤0.003 ≤0.025 ≤0.025

1.3 拉伸试验
在同批次未断裂螺栓上取样进行拉伸试验, 结

果见表 2 。可 见 其 拉 伸 性 能 符 合 GB / T3098.1-
2010 对 8.8 级螺栓的技术要求。
图 2 断口宏观形貌 表 2 同批次未断裂螺栓的拉伸性能

Fi g 2 Macromor p holo gy ofthefracture Tab 2 Tensile p ro p ertiesofthesamebatchofunfracturedbolt
项目 抗拉强度 / MPa

实测值 964
标准值 ≥420
1.4 断口分析
将断 裂 螺 栓 的 断 口 清 洗 后 置 于 扫 描 电 镜

( SEM ) 下观察, 图 4 为断口的两个裂纹源区的 SEM
形貌, 可见有台阶特征。裂纹扩展区的 SEM 形貌
见图 5 , 可见其上有大致平行的二次裂纹, 符合疲劳
图 3 断裂螺栓侧面宏观形貌 断裂的微观形貌特征。最后瞬断区的 SEM 形貌见

Fi g 3 Macromor p holo gy ofsideofthefracturedbolt
图 6 , 可见其上呈韧窝特征。

图 4 裂纹源区 SEM 形貌

Fi g 4 SEM mor p holo gy ofthecracksourcearea

a thecracksourcearea1 atlowma g nification b thecracksourcearea1 athi g hma g nification

c thecracksourcearea2 atlowma g nification d thecracksourcearea2 athi g hma g nification
1.5 金相分析
截取断口剖面试样, 经镶嵌、 磨抛及浸蚀后置于 2 分析与讨论
光学显微镜下观察, 其断口处显微组织形貌如图 7 断裂螺栓的化学成分及力学性能满足相关技术
所示。可见该断裂螺栓的螺纹顶部脱碳现象较为严 要求。由断口的宏观形貌和 SEM 形貌可知, 该螺
重, 从顶部至螺纹工作( 受力) 面再到螺纹根部都有 栓断口具有典型的疲劳断裂特征区域 [ 1 ] 。断裂螺栓

脱碳现象, 螺纹根部脱碳相对较轻。 裂纹源区位于螺纹根部, 具有多源台阶特征; 断口的

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