Page 83 - 理化检验-物理分册2024年第十期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl230274

飞轮螺栓断裂原因

王祺瑞，张照岩，李明磊，刘 宁，贺秀娜
（潍柴动力股份有限公司 国家内燃机产业计量测试中心，潍坊 261061）

摘 要：某42CrMo钢飞轮螺栓在使用过程中发生掉头断裂现象，采用宏观观察、扫描电镜和能
谱分析、金相检验、化学成分分析、硬度测试等方法对螺栓断裂原因进行分析。结果表明：在螺栓的
生产过程中，氢原子渗入到螺栓的浅表层，在后续使用时，这部分氢原子与拉应力的共同作用导致
螺栓发生氢脆延迟断裂现象。
关键词： 42CrMo钢；高强度螺栓；氢脆；断裂；氢原子；拉应力
中图分类号：TG142.41；TG115.2 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2024)10-0067-04
Causes of flywheel bolt fracture

WANG Qirui, ZHANG Zhaoyan, LI Minglei, LIU Ning, HE Xiuna

(National Internal Combustion Engine Industry Measurement and Testing Center,Weichai Power Co.,Ltd., Weifang 261061, China)

Abstract: A 42CrMo steel flywheel bolt was broken during use. The causes of bolt fracture were analyzed
by means of macroscopic observation, scanning electron microscopy and energy spectrum analysis, metallographic
examination, chemical composition analysis and hardness test. The results show that in the production process of bolts,
hydrogen atoms penetratd into the shallow surface layer of bolts. In the subsequent use, the combined action of this part
of hydrogen atoms and tensile stress led to the phenomenon of hydrogen embrittlement delayed fracture of bolts.
Keywords: 42CrMo steel; high strength bolt; hydrogen embrittlement; fracture; hydrogen atom; tensile stress

高强度螺栓是汽车发动机各种关键零部件连接 栓在发动机运转过程中承受的载荷较大，不仅承受
的重要结构件，其主要作用是紧固和连接，使连接件 拧紧在飞轮和曲轴上的静态载荷，还要承受与飞轮、
和被连接件之间传递扭转力矩。飞轮螺栓用于将飞 曲轴一起高速旋转时的交变载荷，所以飞轮螺栓本
轮组件固定在曲轴末端，通过装配时的预紧力，使 身必须具有较好的强度、韧性和耐疲劳性能。笔者
正常工作时的发动机飞轮组件与曲轴组件间传递扭 采用宏观观察、扫描电镜（SEM）和能谱分析、金相
矩，同时避免发动机在工作过程中产生振动失效。 检验、化学成分分析、硬度测试等方法对螺栓断裂原
飞轮螺栓在工作中主要受拉伸力和剪切力的作用。 因进行分析，并给出改进建议，以防止该类问题再次
某款柴油发动机在工作中偶尔发生飞轮螺栓掉 发生。
头现象。该螺栓材料为 42CrMo钢，其化学成分需
1 理化检验
要符合标准GB/T 3077—2015《合金结构钢》的要
求。该螺栓强度等级为12.9级，性能需要符合标准 1.1 宏观观察
GB/T 3098.1—2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉 断裂飞轮螺栓宏观形貌如图1所示。由图1可
和螺柱》的要求。42CrMo钢的生产工序制作工艺是： 知：螺栓断裂部位均为六角头与螺杆交接的头下圆
原材料去料头料尾→冷镦成型→去膜→热处理淬火 角处，每件螺栓的两个断裂面特征是耦合的，断口均
（880±10） ℃→热处理回火（490±10） ℃→校直→滚 为单向弯曲疲劳断口，断口边缘处宏观上无明显的
压螺纹→酸洗→磷化→除氢→检验→包装。飞轮螺 塑性变形，整体区域平整，呈现暗灰色色泽。

1，2号螺栓断口宏观形貌如图2所示。由图2可
收稿日期：2023-10-08
知：从裂纹源逐渐开始出现到扩展区域的撕裂棱线
作者简介：王祺瑞（1984-） ，男，硕士，工程师，主要从事检测技
术研究和质量管理工作，wqrwb28@163.com 状微条纹，沿着裂纹扩展方向最终出现小角度倾斜
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