逯連文，劉曉琴，楊 建，丁術(shù)濤

(長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司 質(zhì)量保證部理化檢驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130062)

軸箱彈簧座下壓蓋板緊固螺栓的斷裂原因分析

逯連文，劉曉琴，楊 建，丁術(shù)濤

(長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司 質(zhì)量保證部理化檢驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130062)

某地鐵客車軸箱彈簧座下壓蓋板緊固螺栓在運(yùn)行中發(fā)生斷裂，對(duì)斷裂件、相鄰位置完好螺栓和新螺栓進(jìn)行檢測(cè)和分析。結(jié)果表明，斷裂螺栓的螺紋牙底有滾絲折疊缺陷，這是導(dǎo)致其早期多源疲勞斷裂的主要原因；該斷裂螺栓相鄰位置完好螺栓的螺紋牙底也有滾絲折疊缺陷，證實(shí)該批次螺栓存在影響運(yùn)行安全的質(zhì)量問(wèn)題；所檢測(cè)的新螺栓滿足技術(shù)要求，可以裝車使用。

緊固螺栓；螺紋牙底；滾絲折疊缺陷；疲勞斷口

1 概 述

某地鐵客車在運(yùn)行中發(fā)生軸箱彈簧座下壓蓋板的緊固螺栓斷裂，其中，螺栓六角頭部分的斷裂件已丟失，螺桿部分的斷裂件仍保留在其螺栓孔內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)分別將斷裂螺栓和其相鄰位置完好螺栓以及新螺栓取回。該螺栓尺寸為M16×55，強(qiáng)度等級(jí)8.8級(jí)，表面鍍鋅，緊固扭矩是150N·m。該螺栓在實(shí)際應(yīng)用中是將下壓蓋板與軸箱減振彈簧座連接在一起，對(duì)軸箱彈簧座上的軸箱減振彈簧起到限位作用，防止其發(fā)生竄動(dòng)、甚至脫出，確保行車安全。

2 試驗(yàn)與分析

2.1 外觀檢查

斷裂螺栓和其相鄰位置完好螺栓以及新螺栓的外觀形貌見圖1。螺栓斷裂位置發(fā)生在距離螺栓末端約27mm的螺紋牙底處，即位于螺栓受力最大的連接螺紋處。

圖1 螺栓的外觀形貌

斷裂螺栓的斷口形貌見圖2。斷口比較平坦，無(wú)明顯的塑性變形。在斷口上可看到有明顯的疲勞弧線，疲勞裂紋源區(qū)有多條放射臺(tái)階棱線，具有多源疲勞斷裂特征。瞬斷區(qū)所占整個(gè)斷口表面面積很小，僅在斷口一側(cè)邊緣處可見有很小的塑性撕裂區(qū)[1]。

圖2 斷裂螺栓的斷口形貌

2.2 成分分析

螺栓的成分分析結(jié)果見表1。斷裂螺栓和其相鄰位置完好螺栓的分析結(jié)果符合35K鋼的材質(zhì)要求，新螺栓的化學(xué)成分分析結(jié)果符合GB/T 3077標(biāo)準(zhǔn)中40Cr鋼的材質(zhì)要求。

表1 螺栓材質(zhì)化學(xué)成分分析結(jié)果

2.3 性能檢測(cè)

斷裂螺栓的硬度檢測(cè)值為28.6HRC、28.5HRC、28.3HRC，符合GB/T 3098.1標(biāo)準(zhǔn)中8.8級(jí)螺栓的要求。完好螺栓、新螺栓的實(shí)物拉伸的斷口均為正常的塑性斷口，最大拉伸載荷分別為126kN、148kN，均符合GB/T 3098.1標(biāo)準(zhǔn)中8.8級(jí)螺栓的要求(最小拉伸載荷125kN)。

2.4 金相檢測(cè)

斷裂螺栓的裂紋起始區(qū)有氧化脫碳現(xiàn)象，在其鄰近的螺紋牙底檢測(cè)到有折疊缺陷，見圖3、圖4。檢測(cè)完好螺栓的螺紋牙底也有折疊缺陷，見圖5，檢測(cè)新螺栓的螺紋牙底完好。

圖3 斷裂螺栓裂紋起始區(qū)脫碳250×

GB/T 5779.3-2000《緊固件表面缺陷 螺栓、螺釘和螺柱 特殊要求》規(guī)定，任何深度或長(zhǎng)度的折疊不允許在螺紋牙底部位出現(xiàn)[2]。

斷裂螺栓、完好螺栓和新螺栓的基體組織均為正常的回火索氏體。

3 結(jié)果分析

綜合上述分析結(jié)果表明，斷裂螺栓的裂紋源起

圖4 斷裂螺栓源區(qū)相鄰螺紋根部折疊形貌250×

圖5 完好螺栓螺紋根部折疊形貌250×

始于其受力最大位置的螺紋牙底處，斷口上有明顯的疲勞弧線和多條放射臺(tái)階棱線，說(shuō)明該螺栓是屬于多源疲勞斷裂。金相檢測(cè)斷裂螺栓的裂紋起始區(qū)有氧化脫碳，鄰近的螺紋牙底檢測(cè)到有折疊缺陷，在此折疊兩側(cè)也可見有氧化脫碳。

由于該螺栓在受力最大位置的螺紋牙底部位

存在有折疊缺陷，在螺紋牙底部位的折疊缺陷破壞了螺栓螺紋表面的完整性，引起應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致該螺栓在此折疊缺陷處形成疲勞裂紋源并進(jìn)行擴(kuò)展，直至其最后發(fā)生疲勞斷裂。

檢測(cè)其相鄰位置完好螺栓的螺紋牙底也有折疊缺陷，說(shuō)明該批次螺栓在滾絲加工過(guò)程中存在有滾絲折疊缺陷，應(yīng)全部更換。

新螺栓的各項(xiàng)理化性能指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果均合格。由于新螺栓40Cr中碳合金鋼的綜合性能要顯著優(yōu)于35K中碳鋼，且檢測(cè)其螺紋表面既無(wú)滾絲加工缺陷，也無(wú)熱處理表面缺陷，因此，可以采用新螺栓更換此批有質(zhì)量問(wèn)題的螺栓。

4 結(jié) 論

斷裂螺栓的螺紋牙底存在有折疊缺陷，這是其發(fā)生早期多源疲勞斷裂的主要原因。相鄰位置完好螺栓的檢測(cè)結(jié)果證實(shí)，該批次螺栓中存在有質(zhì)量問(wèn)題。檢測(cè)新螺栓滿足技術(shù)要求，可以裝車使用。

[1]胡世炎,等.機(jī)械失效分析手冊(cè)[M].四川:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1989:314.

[2]GB/T 5779.3-2000 緊固件表面缺陷 螺栓、螺釘和螺柱 特殊要求[S].

Analysis of Fastening Bolt Fracture Located under Lower Cover Plate of Axel Box Spring

Lu Lianwen, Liu Xiaoqin, Yang Jian, Ding Shutao

(CRRC Changchun Railway Vehicles Co., Ltd. Changchun 130062, Jilin, China)

The fastening bolt fracture appears under the lower cover plate of a subway vehicle axel box spring. The purpose of this study is to detect and analyze the defect of the fractured bolt, the adjacent non-defective bolt and the other new bolt. The test results can be concluded as follows. On the location of the fractured bolt, there are some folding defects detected on the thread root, which caused the fatigue crack in the initial service stage. On the location of the adjacent non-defective bolt, the folding defects also exist which conclude all this batch of bolts have defect. In the meantime, we finally detect that there are no cracks in the other new batch of bolts, which can be assembled to the vehicle for service.

fastening bolt; thread root; rolled thread folding defect; fatigue crack

2016-10-14

逯連文(1962-)，男，吉林長(zhǎng)春人，工程碩士，高級(jí)工程師，主要從事理化金相檢驗(yàn)、失效分析工作。

U260.331+.7

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.011