汽车悬置螺栓断裂失效分析

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摘要：为查找某汽车安装螺栓的断裂原因，对螺栓进行了断口宏观、SEM电镜、化学成分、金相组织分析，并对同批次完整螺栓进行了力学性能测试。在各项理化试验的基础上，结合微观断口的形貌和断裂机理对螺栓的断裂原因进行了分析。结果表明：螺栓螺纹表面存在微裂纹是螺栓断裂的主要原因。

关键词：螺栓；SCM435；断裂；失效分析

中图分类号: U465 文献标志码:A 文章编号：1005-2550（2012）05-0070-07

Failure Analysis of Automobile Engine Mount Bolt

YU Yan1，3，MAO Xin-ping2，LAN Feng-chong3　，LI Rui-feng4，SONG Zhen-zhen5，

ZHAO Zhe1，JIANG Qiong1，TAO Yun-lai1，ZENG Zhao-hao1

（1.Guangzhou Automobile Group Co.，LTD Automotive Engineering Institute，Guangzhou 510640，China；2.Guangzhou Zhujiang Iron & Steel Co.，LTD，Guangzhou 510730，China; 3.South China University of Technology，Guangzhou 510640，China；4. Centre Testing International，Shanghai lab.，Shanghai 201206，China; 5. Zoomlion Co.， Ltd.，Changsha 410205，China）

Abstract：In order to definite the failure reason of a mounting bolt used in an automobile，the experiments such as appearance examination，morphology and microstructure analysis，SEM micro-morphology analysis， chemical composition analysis and mechanical properties test were carried out．Based on the physics and chemistry　experiments，the reasons of the bolts’ fracture were analyzed using micro-fracture mechanism．The results showed that the fracture of the bolts was mainly caused by the tiny crack of the surface.

Key words：bolt；SCM435；fracture；failure analysis

某款车在进行整车高强度耐久试验时，当车辆行驶里程为4 747 km时，发生了连接右悬置与发动机的螺栓断裂事故。已确认失效螺栓的规格为M10×1.25×45，材料牌号为SCM435，淬火温度870℃，回火温度500℃，表面锌铝涂层。设计性能等级为10.9级。

1 分析内容

1.1 分析样件

分析样件为失效螺栓和失效螺栓同一批次的完整螺栓各一根。完整螺栓是全新未使用过的。

1.2 分析内容

对失效螺栓进行了断口宏观分析、化学成分分析、硬度测试、金相组织分析、扫描电镜断口分析和能谱测试。对完整螺栓进行了化学成分分析、硬度测试、拉伸测试和金相组织分析。

2 分析结果

2.1 断口宏观分析

失效螺栓的断面原貌如图1所示，断面位于螺栓杆部螺纹的倒数第二齿位置。连接螺栓头部的断口较为完整，但有轻微污染（图1中右侧放大图），且与之相匹配的另一断口已被破坏，无断口分析价值。故只对连接螺栓头部的断口进行分析。

经清洗后的断面如图2所示，断口较为平齐，可观察到有明显的贝纹形貌。瞬断区面积较小。断裂源于齿根部（如箭头所示）。断口处未发现有明显的塑性形变。

2.2 　化学成分分析

按照GB/T 4336-2002的检测要求，使用SPECTRO MAXx直读光谱仪对失效螺栓和完整进行化学成分分析，分析结果如表1所示。

分析结果表明，螺栓的基体化学成分符合牌号SCM435的要求。

2.3 硬度测试

分别对失效螺栓和完整螺栓进行表面硬度和心部硬度测试，测试结果如表2及表3所示。

表面硬度和心部硬度的测试结果表明，螺栓的表面及心部硬度均符合GB/T 3098.1的要求。

2.4 金相分析

2.4.1 　基体的金相分析

失效螺栓和完整螺栓基体的非金属夹杂物分别如图3、图4所示。

按GB/T　10561的要求对螺栓进行非金属夹杂物评级，评级结果如表4所示。

两种螺栓的夹杂物数量均属于正常范围。

用4％硝酸酒精溶液浸蚀后，可发现失效螺栓和完整螺栓的基体组织均以回火索氏体为主，有少量未溶粒状合金碳化物及少量贝氏体，原马氏体级别为4级，原马氏体量超过90％，如图5、图6所示。

2.4.2 失效螺栓裂纹起源处金相分析

图7为断口处的抛光态形貌，左侧断面为失效螺栓的失效断口，裂纹源在图中箭头所指的位置。将图中圆圈部分放大，可见断裂始处（齿根部）有较多的微裂纹，长度约0.010mm，如图8所示。

图9、图10为图7区域浸蚀后的组织形貌，微裂纹附近未见明显组织异常。