螺桿的斷件失效分析

楊秀潔 楊樹旭

【摘? 要】軌道車上使用的螺桿在運行2年多后，發(fā)生了早期斷裂，采用化學成分分析、力學性能試驗、宏觀分析、微觀分析、金相檢驗等方法對螺桿斷裂的原因進行了分析。結(jié)果表明：螺桿的斷裂面和螺紋處不是同一材質(zhì)，與工藝圖紙要求不符。螺桿服役期間，導致受力不均勻，在交變應(yīng)力作用下裂紋擴展并最終斷裂。

【關(guān)鍵詞】螺桿;斷裂失效;交變應(yīng)力;疲勞斷裂

引言

螺桿位于機車底盤車輪之間很重要的零部件，主要調(diào)整閘瓦間隙大小，平衡機車剎車靈活性。為了保證行車安全，對螺桿的性能有一定的要求。此批螺桿的材質(zhì)為Q235A鋼，見圖1?，F(xiàn)對該斷裂螺桿進行幾方面的性能分析。

1.化學成分分析

該斷件2019.7.22日送檢理化室，將斷件切割成三部分，分別對斷裂面、螺紋處進行化學成分分析，圖2中左邊為斷裂面試樣、右邊為螺紋處試樣，結(jié)果見表1。

從分析結(jié)果可以看出，斷裂處的檢測數(shù)據(jù)符合 GB/T699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》標準中對45#鋼的化學成分規(guī)定。螺紋處的檢測數(shù)據(jù)符合GB/T700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標準中對Q235A的化學成分規(guī)定。

2.力學性能分析

分別從硬度檢測、拉伸試驗、沖擊試驗三方面對該斷裂螺桿的斷裂處和螺紋處進行力學性能檢測。

2.1硬度檢測

從檢測結(jié)果可以看出，此螺桿不論是斷裂處還是螺紋處均無調(diào)質(zhì)硬度。

2.2拉伸試驗

從檢測數(shù)據(jù)可以看出，此螺桿斷裂處的拉伸試驗中的四項檢測值均符合GB/T699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》標準中力學性能的要求。

2.3沖擊試驗

從檢測結(jié)果可以看出，此調(diào)整螺桿斷裂處的沖擊試驗中的沖擊吸收功檢測值均符合GB/T699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》標準中力學性能的要求。

3.金相分析

3.1宏觀檢驗

圖4所示為斷裂失效螺桿的斷口宏觀形貌，可見斷裂起源于螺紋牙底，斷面呈灰黑色但較為平整;遠離斷口的螺紋涂層完整，未發(fā)現(xiàn)明顯的氧化銹蝕現(xiàn)象，螺紋牙頂存在明顯的磨損現(xiàn)象兩面上均有較明顯的貝紋線，屬于典型的雙向彎曲疲勞斷口。可以確定，該螺桿在服役過程中兩裂紋源側(cè)受到交變雙向彎曲載荷而斷裂。

3.2微觀分析

對其斷口用掃描電鏡進行表面形貌分析，裂紋源區(qū)未見明顯的加工及材質(zhì)方面的缺陷，呈灰黑色，斷口未見明顯塑性變形，未發(fā)現(xiàn)明顯的脫碳、增碳現(xiàn)象。斷口表面局部磨損，瞬斷區(qū)存在較小區(qū)域的剪切唇，為韌性斷裂，裂紋有點狀缺陷，屬于沿晶裂紋。晶界上有其他相析集，弱化了晶界斷裂強度和連續(xù)性，裂紋擴展區(qū)以疲勞條帶為主，斷口表面存在不同程度的二次裂紋和滑移痕跡，從而引起疲勞韌性斷裂。見圖5。

與兩裂紋源連線的垂直方向上，可見晶界沉淀的分散顆粒，斷裂大部分區(qū)域?qū)儆谘鼐ыg性斷裂，起裂位置處未見明顯缺陷。該螺桿的顯微組織為回火索氏體，無明顯異常.

4.結(jié)果分析

綜上所述，該失效螺桿為韌性疲勞斷裂，螺桿的斷裂面和螺紋處不是同一材質(zhì)，與工藝圖紙要求不符，導致受力不均勻，在交變應(yīng)力作用下裂紋擴展并最終斷裂。

參考文獻

[1]王榮. 機械裝備的失效分析（續(xù)前）第三講? 斷口分析技術(shù)（上）[J].理化檢驗（物理分冊），2016，52（10）：698-704

作者簡介：楊秀潔（1979.10--），女，漢族，陜西寶雞人，寶雞中車時代工程機械有限公司，工程師，從事理化檢測研究。