Page 69 - 理化检验-物理分册2022年第十期

孙家冬, 等: 0Cr16Ni6 热轧退火钢螺纹定位销断裂原因

位销变截面的限制, 并随着变截面锥度被动发生旋
5 结语及建议
转, 当彼此轴线发生 0.5° 偏差时, 空心轴套定位孔
边与螺纹定位变截面上端干涉。随着进一步拧紧定 螺纹定位销的断裂属于疲劳断裂, 造成疲劳断
位销, 空心轴套定位孔边不断刮擦螺纹定位销圆柱 裂的主要原因是在安装过程中螺纹定位销轴线与空
面, 导致螺纹定位销表面产生凹痕。凹痕处为应力 心轴套定位孔轴线不重合, 导致彼此刮擦产生凹痕,
集中区域, 易使定位销发生疲劳断裂。 凹痕处的应力集中使应力增大, 当螺纹定位销所受
载荷超过了材料的疲劳强度时, 裂纹会不断扩展直
4 综合分析
至断裂。建议在螺纹定位销装配时增加预安装工
通过对断裂螺纹定位销的断口进行检查, 可见 序: 首先用专用工具将基体件、 空心轴套定位孔调整
疲劳弧线和典型的疲劳条带, 可以确定该螺纹定位 同轴, 然后再安装螺纹定位销, 杜绝装配时刮伤螺纹
销在某种因素影响下发生了疲劳断裂。 定位销表面的情况。
基于断裂螺纹定位销结构及装配过程开 展分
析, 其受到垂直于轴线的剪切力和沿着轴线方向的 参考文献:
轴向拉力。发生疲劳断裂的原因有: 材料疲劳强度 [ 1 ] 顾晓春, 李婷, 王帅, 等 .30CrMnSiA 钢螺栓断裂原因
不足、 装配及工作应力过大、 表面缺陷( 如沟槽、 凹痕
[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2020 , 56 ( 11 ): 59-61.
及加工刀痕等)、 表面有尖角等应力集中区以及热处 [ 2 ] 黄嘉乐, 钱锟, 韩波 .10.9 级高强螺栓头部断裂原因分
理缺陷( 如 氢 脆) [ 8-11 ] 、 材 料 缺 陷 ( 如 夹 杂、 疏 松、 气 析[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2019 , 55 ( 10 ): 718-721.
孔、 微裂纹) 等。 [ 3 ] 胡春燕, 刘新灵, 陶春虎, 等 .0Cr17Ni4Cu4Nb 钢 制 螺
对断裂螺纹定位销进行了 SEM 分 析、 化学成 钉断裂原因分析[ J ] . 材料工程, 2012 , 40 ( 12 ): 21-23.
分分析及硬度测试, 排除了材料本身存在缺陷的可 [ 4 ] 胡春燕, 姜涛, 刘新灵 . 某钢制螺钉断裂失效分析[ J ] .
能性; 对断裂螺纹定位销开展了疲劳试验和扭转试 金属热处理, 2014 , 39 ( 2 ): 141-144.
[ 5 ] 唐玲艳, 唐联耀, 李鹏南, 等 . 硬质合金涂层刀 具 车 削
验, 排除了材料强度不足的可能性; 对其开展仿真模
钛合金 TC4 切 屑 表 面 形 貌 及 毛 边 研 究 [ J ] . 工 具 技
拟, 发现定位销的应力集中位置有两个部位, 一处为
术, 2018 , 52 ( 8 ): 52-55.
螺纹收尾处, 一处为变截面过渡区, 证明了其断裂原
[ 6 ] 张家付, 王维, 冯抗屯. 起落架 40CrNi2Si2MoVA 钢螺桩
因可能为变截面过渡区的异常应力集中。对装配过
断裂分析[ J ] . 失效分析与预防, 2008 , 3 ( 4 ): 51-54.
程进行分析并模拟装配时的轴线偏移情况, 证明了
[ 7 ] 惠卫军, 董瀚, 翁宇庆 . 耐延迟断裂高强度螺栓钢的研
轴线偏移可以导致螺纹定位销表面产生环形凹痕,
究开发[ J ] . 钢铁, 2001 , 36 ( 3 ): 69-73.
凹痕处为应力集中区域, 易造成疲劳断裂。 [ 8 ] 张挺, 赵峥, 倪莉, 等 . 六角头螺栓断裂 分 析[ J ] . 金 属
经过各种检查及相关试验验证, 可知螺纹定位
制品, 2016 , 42 ( 4 ): 58-61.
销的断裂过程为: 螺纹定位销在装配时, 其轴线与空 [ 9 ] 曾振鹏 . 高强度螺栓断裂分析[ J ] . 理化检验( 物 理 分
心轴套定位孔轴线不重合, 在拧紧过程中, 空心轴套 册), 2002 , 38 ( 12 ): 559-561.
定位孔边刮擦螺纹定位销变截面及圆柱面, 导致螺 [ 10 ] 张栋, 钟培道, 陶春虎 . 失效分析[ M ] . 北京: 国防工业
纹定位销相关表面产生环形凹痕。环形凹痕处为应 出版社, 2004.
力敏感区, 定位销在环形凹陷区域发生应力集中, 并 [ 11 ] 钟群鹏, 赵子华 . 断口学[ M ] . 北京: 高等教育出版社,
萌生裂纹, 裂纹持续扩展, 当裂纹区域疲劳强度低于 2005.
承受的工作拉力时, 螺纹定位销发生瞬间断裂。

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