接頭連接螺釘斷裂分析

田語博

摘? 要：材料為1Cr17Ni2的接頭連接螺釘在振動試驗過程中發生斷裂，通過裂紋宏觀觀察、掃描電鏡觀察、能譜分析、化學成分分析、硬度檢測、金相觀察等手段對失效件進行分析，結果表明：結合失效件斷口上的疲勞特征以及振動試驗歷程可以初步確定失效件斷裂為疲勞斷裂。

關鍵詞：1Cr17Ni2;連接螺釘;斷裂;疲勞

0引??? 言

1Cr17Ni2屬于馬氏體-鐵素體不銹鋼。該鋼具有良好的耐蝕性和較高的強度、切削加工性能及冷沖壓成形性能，適用于制造在潮濕介質中工作的承力件[1]。螺釘作為重要的緊固件，其失效事故發生較多，造成的危害很大[2-4]。

2020年3月，某廠某產品的接頭連接螺釘在振動試驗過程中發生斷裂。斷裂螺釘選用標準為HB1-126F-95，材料為1Cr17Ni2，表面鈍化處理。筆者對失效件進行分析，初步得出了開裂原因，并提出相應的解決措施。

1.試驗過程與結果

1）裂紋觀察

通過體視鏡對失效件進行宏觀觀察，斷口形貌如圖1所示。失效件斷裂部位位于螺釘第一扣處。失效件斷面平整、干凈，未見明顯的冶金缺陷及腐蝕產物，無明顯的塑性變形，外輪廓依舊保持圓形。源區位于螺紋牙底，裂紋從上向下擴展，在圖1下側斷開。

2）掃描電鏡觀察

通過掃描電鏡對斷口進行觀察。裂紋源區未見明顯冶金缺陷及機械損傷，微觀形貌如圖2所示。裂紋擴展區可見疲勞輝紋，如圖3所示。裂紋瞬斷區微觀為韌窩形貌，如圖4所示。

3）能譜分析

對斷口進行能譜分析，結果如圖5所示。結果表明：斷口表面主要元素為Fe、C、Cr、Ni、Si、O，O元素表明斷口存在輕微氧化，未見其它異常元素。

4）力學檢測

對失效件取樣后進行維氏硬度測試，失效件硬度為HV0.3：371～381，按GB/T1172-1999《黑色金屬硬度及強度換算值》轉換為抗拉強度為1195～1233MPa，滿足HB1-101-2002《圓柱頭螺栓》中1075～1275MPa的要求。

5）化學檢測

在失效件上取樣進行化學成分分析，分析結果見表1。結果表明失效件成分符合GB/T1220-1992標準要求。

6）金相分析

對失效件取樣后進行金相檢測，其組織為回火索氏體+鐵素體，形貌如圖6所示。

2.分析與討論

由實驗結果可知，失效件的力學性能和金相組織均符合技術條件要求，失效件斷面上未發現明顯的冶金缺陷。

對斷口進行能譜分析，結果表明：斷口表面主要元素為Fe、C、Cr、Ni、Si，為1Cr17Ni2正常元素。未見腐蝕性元素，排除腐蝕造成斷裂的可能。

通過對斷口進行觀察。斷口觀察表面，失效件斷面平整、干凈，基本保持原有的圓形外輪廓。裂紋源區未見冶金缺陷及機械損傷;裂紋擴展區可見疲勞輝紋，為疲勞斷裂典型的微觀形貌;裂紋瞬斷區微觀為韌窩形貌。

失效件斷裂處位于螺釘第一扣的螺紋牙底，該處受拉應力最大且應力集中，裂紋容易萌生。失效件在振動試驗時發生斷裂，振動試驗過程中受到交變應力作用。

結合失效件斷口上的疲勞特征以及振動試驗歷程可以初步確定失效件斷裂為疲勞斷裂。

3.結論及建議

3.1 失效件斷裂為疲勞斷裂。

3.2 建議核查螺釘設計裕度以及螺釘的裝配狀態。

參考文獻：

[1]《中國航空材料手冊》編輯委員會. 中國航空材料手冊，第一卷，結構鋼、不銹鋼[M].北京：中國標準出版社，2001：350

[2]譚瑩，周崎，曹標，等螺釘斷裂原因分析[J].金屬熱處理，2007，32（ z1） ： 328-331.

[3]燕翔，李娜.自制螺釘表面裂紋成因分析[J].失效分析與預防，2010，5（ 4） ： 243-246.

[4]劉昌奎，臧金鑫，張兵. 30CrMnSiA 螺釘斷裂原因分析[J].失效分析與預防，2008，3（ 2） ： 42-47.