M20輪胎螺栓斷裂分析報告

鄧建

浙江鼎盛汽車緊固件有限公司 浙江 嘉興 314000

1 概述

委托方提供規格為M20×1.5-M20×1.5×83的10.9級后右車輪螺栓斷裂部件五件（兩件短件斷口與其余三件斷口不能完好連接，故為五件），材質為40Cr。 該款產品在實際使用過程中斷裂，通過委托方描述，汽車在正常運輸過程中出現后右輪胎脫出現象，造成外車輪總成脫落飛出，內車輪輪胎、鋼圈破裂報廢。

2 宏觀分析

根據委托方提供樣品可見螺栓斷裂發生在螺紋部位，在最終斷裂時，斷裂部位未發生明顯塑性變形，說明螺栓斷裂時承受較小的軸向拉伸力。外部斷口整齊，內部呈現波浪狀，說明螺栓在斷裂前承受橫向彎曲力，可初步判定為疲勞剪切斷裂。

3 化學成分分析

采用直讀光譜法對螺栓進行化學成分分析，結果如下表所示，其化學成分符合40Cr鋼的要求。

C% Si% Mn% P% S% Cr%標準 0.37-0.44 0.17-0.37 0.50-0.80 ≤0.025 ≤0.025 0.80-1.10實測 0.38 0.18 0.67 0.012 0.025 0.96

4 摩擦系數分析

預緊力下扭矩T（Nm）預緊力與保證載荷比率%330 108.0 0.120 47.9%380 124.3 0.120 55.2%330 100.3 0.130 44.5%380 115.5 0.130 51.2%330 93.6 0.14 41.5%380 107.8 0.14 47.8%預緊力kN總摩擦系數μtot

根據委托方提供，該款零件的實際摩擦系數在0.12～0.14之間，且實際裝配扭矩為330～380Nm，根據標準GB/T16823.3-2010對裝配扭矩及摩擦系數進行計算如下：

5 綜合分析

從上述分析結果可知，螺栓斷口附近未發生塑性變形，外部斷口整齊，內部呈現波浪狀，該斷口為典型的疲勞斷口，同時在電鏡掃描中發現明顯的疲勞輝紋，微觀形貌顯示斷裂面韌窩區域約占整個斷面面積的10%左右，說明螺栓斷裂時承受較小的軸向應力。

通過送樣人反饋的摩擦系數及客戶實際裝配扭矩計算可知，螺栓所產生的最大軸向力為124.3kN，僅占保證載荷的55.2%，而螺栓所產生的最小軸向力為93.6kN，僅占保證載荷的41.5%，故螺栓在實際裝配中，未將螺栓擰緊。這樣螺栓在服役過程中，將會產生橫向滑移。輪轂旋轉一周，則螺栓被橫向剪切一次，周而復始螺栓將產生松動，進而產生疲勞斷裂，從而導致整個輪轂上的螺栓松動或斷裂。

6 結論

送檢螺栓出現斷裂的主要原因是螺栓在實際裝配過程中，未完全擰緊，導致螺栓在實際服役過程中出現疲勞斷裂。

該款螺栓的實際裝配扭矩與摩擦系數不匹配，導致螺栓在實際裝配中出現假擰緊狀態，未充分利用螺栓性能。