Page 78 - 理化检验-物理分册2023年第十二期

李朝辉, 等: 汽车发动机前制动软管螺栓断裂原因

表2 3个试样的 A 、 B 、 C 区硬度测试结果 HV 冷镦之后对螺栓直接进行了酸洗电镀, 导致在

试样 测试 硬度 酸洗过程中, 变截面部位存在残余拉应力, 使得氢原
编号 区域 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 平均值 子易于进入螺栓中, 在螺纹根部的拐角部位形成氢
A 区 270 289 278 - - - 279
1号 B区 238 241 222 - - - 234 富集。在螺栓装配后, 由于螺帽与螺杆变截面部位
C区 220 231 232 - - - 228 存在应力集中和工作应力, 使氢进一步在螺帽的根
A 区 287 289 302 329 327 327 310 部聚集, 并产生裂纹, 造成螺栓发生氢致延迟断
2号 B区 272 264 251 - - - 262 裂 [ 2 ] 。虽然工艺流程上要求对螺栓进行冷镦后热处
C区 232 228 240 - - - 233 理, 但是螺栓硬度的复验部位是螺杆, 而螺杆部位未
A 区 275 268 273 - - - 272
3号 B区 269 265 270 - - - 268 经过加工, 原材料的硬度与成品螺栓的硬度在同一
C区 275 268 277 - - - 273 区间内, 因此不能通过检测螺杆部位硬度的方法来
确定螺栓是否经过热处理。
2 综合分析
3 结论与建议
断裂螺栓的化学成分符合标准对45钢的要求。

裂纹从螺纹根部表面产生, 由外向内部扩展; 断口比 ( 1 )断裂螺栓发生氢致延迟断裂。螺栓冷镦成
较粗糙, 断口呈解理断裂特征, 宏观断口也没有塑性 形后, 在螺帽和螺杆变截面的拐角处存在加工硬化

变形, 说明螺栓的断裂性质是脆性断裂。 和残余拉应力, 在残余拉应力的作用下, 螺栓酸洗时
1号螺栓裂纹沿铁素体晶界开裂, 珠光体区域 易吸入氢原子, 使得该处形成氢富集, 导致螺栓在装
呈穿晶断裂特征。如果电镀后螺栓的裂纹扩展有沿 配后发生断裂。

晶扩展的倾 向, 表 明 螺 栓 的 断 裂 与 吸 氢 有 关 [ 1 ] 。 ( 2 )在冷镦成形后、 电镀前增加调质处理, 可以消
1号和2号螺栓的显微组织是拉长的铁素体和颗粒 除螺栓加工硬化和应力集中, 避免产生氢富集现象。

状的珠光体, 是退火态的变形组织, 说明螺栓冷镦变 ( 3 )建议对成品螺栓进行检验时, 检验位置选
形后没有进行热处理; 而3号螺栓经过调质处理后 择螺栓纵剖面的交界面位置, 而不是杆部位置。
的显微组织是回火索氏体, 与1号和2号螺栓的显 参考文献:

微组织完全不同。
1号和2号螺栓的螺纹根部硬度均高于螺杆部 [ 1 ] 宋艳双, 周友龙, 陈昊宇. 某铁路桥梁用 20MnTiB 钢
位的硬度, 尤其在 2 号螺栓根部区域硬度达到了 高强度螺栓断裂原 因 [ J ] . 理 化 检 验 ( 物 理 分 册),
328HV , 充分说明螺栓冷镦后, 螺纹根部发生了加 2023 , 59 ( 1 ): 39-42.

工硬化。工艺要求在冷镦后对螺栓进行热处理, 但 [ 2 ] 王荣. 机械装备的失效分析( 续前)第8讲 失效诊断
与预防技术( 3 )[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2018 , 54
是螺纹根部的显微组织特征、 硬度的分布均说明了
( 4 ): 244-255.
1号和2号螺栓未经过热处理。

( 上接第33页) 布与绝缘性间关系研究[ J ] . 电瓷避雷器, 2017 ( 6 ):
[ 2 ] 苏旭辉, 龙伟, 任成君, 等.GIS隔离开关不同接触状 209-215.
态下的温升特性研究[ J ] . 高压电器, 2020 , 56 ( 6 ): [ 8 ] 卢银花, 侯亚峰, 郑林楠, 等. 绝缘子树脂与金属嵌件
121-128. 热应力研究[ J ] . 电工电气, 2020 ( 2 ): 23-26.
[ 3 ] 王春艳, 巫世晶, 王亚鸽, 等. 紧凑型252kVGIS产品 [ 9 ] 吴怡凡, 张为芹, 田艳红, 等. 制样工艺对国产高强高

模碳纤维复丝拉伸性能的影响[ J ] . 理化检验( 物理分
研发及单元化设计[ J ] . 高压电器, 2018 , 54 ( 10 ): 215-
220. 册), 2018 , 54 ( 5 ): 317-321.

[ 4 ] 常文治, 毕建刚, 刘姝嫔, 等.GIS盆式绝缘子典型缺 [ 10 ] 余良清, 王洪涛, 魏俊梅, 等.1100kV 盆式绝缘子研
陷的电场仿真[ J ] . 高压电器, 2018 , 54 ( 5 ): 138-143. 制开发[ J ] . 高压电器, 2016 , 52 ( 6 ): 29-33.
[ 5 ] 胡全义, 秘立鹏, 刘天奇, 等. 一起 GIS设备漏气及现 [ 11 ] 胡大伟. 高压复合绝缘子闪络过程及其诊断方法研究
场交流耐压试验击穿故障分析[ J ] . 电工电气, 2017 [ D ] . 沈阳: 沈阳工业大学, 2013.
( 8 ): 43-46. [ 12 ] 周中升, 章程, 邵涛, 等. 纳秒脉冲下变压器油绝缘的
[ 6 ] 刘通, 李洪涛, 刘建军, 等. 一起 GIS盆式绝缘子应力 击穿与闪 络 特 性 [ J ] . 高 电 压 技 术, 2014 , 40 ( 10 ):
开裂导致绝缘击穿故障[ J ] . 高压电器, 2020 , 56 ( 2 ): 3290-3296.
[ 13 ] 黎斌.SF 6 高压电器设计[ M ] . 北京: 机械工业出版
240-245.
[ 7 ] 张施令, 姚强, 苗玉龙, 等.GIS用盆式绝缘子电场分 社, 2010.
6 2