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10.9级车桥紧固螺栓断裂检验及综合分析

【】车桥作为汽车的重要部件,传递着车架与路面之间各个方向的作用力,直接影响汽车行驶的安全性和可靠性,其上采用的紧固螺栓是车桥的关键部件,汽车主机厂通常会要求其供应商提供的紧固件产品零缺陷。某型号乘用车车桥在安装完成后约48小时,发现其一枚紧固螺栓断裂,厂方要求分析断裂原因。该螺栓规格为M10×1.25×128,性能等级10.9级,安装扭矩为80±10N•m,材质为42CrMo,表面电镀黄锌,电镀后经200℃、4小时的驱氢处理。

1. 理化检验

1.1断口分析

2.综合分析

从上述分析结果可知,螺栓断口附近虽无塑性变形,但微观形貌显示断裂面韧窝区域约占整个断面面积的80%左右,说明螺栓断裂时承受较大的轴向应力。从摩擦系数测试结果可知,安装厂家送检的完好螺栓摩擦的总系数为0.11,螺纹部位摩擦系数仅为0.07,明显小于生产厂家送检螺栓的0.20。当采用扭矩控制安装时,较小的摩擦系数将导致螺栓承受较大的轴向预紧力,从预紧力——扭矩试验结果可知,当安装扭矩为80N•m时,安装厂家送检的螺栓预紧力达到53.4kN,已高于标准规定该等级规格螺栓的保证载荷试验应力50.8kN,并接近螺栓的屈服强度57.5kN,当安装扭矩存在误差的情况下,螺栓很可能被超拧。

另外,该螺栓经过电镀,虽然经过驱氢处理,但不能完全排除氢残留风险[2],螺栓硬度越高,轴向预紧力越大,发生氢脆的概率就越高。“GB-T 5267.1-2002 紧固件电镀层”标准中明确提到,硬度大于320HV的紧固件电镀时有氢脆风险,当硬度大于365HV时一般不采用电镀处理,而断裂螺栓的表面硬度已达到365HV。氢含量测试结果表明,虽然断裂螺栓的氢含量在5μg/g以下,但由于氢在材料内部分布不匀,易在螺纹根部的应力集中区域聚集,加之该螺栓预紧力过大,两者相互作用便在螺纹根部产生氢致微裂纹,微裂纹的尖端是应力集中区,氢原子便持续向裂纹尖端扩散聚集[3],当裂纹扩展到一定程度后,螺栓由于承力面积减小而失稳断裂。

3.结论和建议

通过上述分析可得出以下结论:

一、螺栓的断裂性质是氢致延迟断裂,安装预紧力过大诱发表面产生微裂纹是导致螺栓断裂的主要原因;

二、10.9级的螺栓建议采用达克罗、粉末渗锌等表面处理方式,排除氢脆风险;

三、安装厂家应严格控制螺栓的存放、运输及装配现场,防止受油污污染,并根据每批螺栓的表面状态,通过轴力——扭矩试验确定摩擦系数,科学有效的控制螺栓的预紧力。



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