螺杆的断件失效分析

杨秀洁 杨树旭

【摘  要】轨道车上使用的螺杆在运行2年多后，发生了早期断裂，采用化学成分分析、力学性能试验、宏观分析、微观分析、金相检验等方法对螺杆断裂的原因进行了分析。结果表明：螺杆的断裂面和螺纹处不是同一材质，与工艺图纸要求不符。螺杆服役期间，导致受力不均匀，在交变应力作用下裂纹扩展并最终断裂。

【关键词】螺杆;断裂失效;交变应力;疲劳断裂

引言

螺杆位于机车底盘车轮之间很重要的零部件，主要调整闸瓦间隙大小，平衡机车刹车灵活性。为了保证行车安全，对螺杆的性能有一定的要求。此批螺杆的材质为Q235A钢，见图1。现对该断裂螺杆进行几方面的性能分析。

1.化学成分分析

该断件2019.7.22日送检理化室，将断件切割成三部分，分别对断裂面、螺纹处进行化学成分分析，图2中左边为断裂面试样、右边为螺纹处试样，结果见表1。

从分析结果可以看出，断裂处的检测数据符合 GB/T699-2015《优质碳素结构钢》标准中对45#钢的化学成分规定。螺纹处的检测数据符合GB/T700-2006《碳素结构钢》标准中对Q235A的化学成分规定。

2.力学性能分析

分别从硬度检测、拉伸试验、冲击试验三方面对该断裂螺杆的断裂处和螺纹处进行力学性能检测。

2.1硬度检测

从检测结果可以看出，此螺杆不论是断裂处还是螺纹处均无调质硬度。

2.2拉伸试验

从检测数据可以看出，此螺杆断裂处的拉伸试验中的四项检测值均符合GB/T699-2015《优质碳素结构钢》标准中力学性能的要求。

2.3冲击试验

从检测结果可以看出，此调整螺杆断裂处的冲击试验中的冲击吸收功检测值均符合GB/T699-2015《优质碳素结构钢》标准中力学性能的要求。

3.金相分析

3.1宏观检验

图4所示为断裂失效螺杆的断口宏观形貌，可见断裂起源于螺纹牙底，断面呈灰黑色但较为平整;远离断口的螺纹涂层完整，未发现明显的氧化锈蚀现象，螺纹牙顶存在明显的磨损现象两面上均有较明显的贝纹线，属于典型的双向弯曲疲劳断口。可以确定，该螺杆在服役过程中两裂纹源侧受到交变双向弯曲载荷而断裂。

3.2微观分析

对其断口用扫描电镜进行表面形貌分析，裂纹源区未见明显的加工及材质方面的缺陷，呈灰黑色，断口未见明显塑性变形，未发现明显的脱碳、增碳现象。断口表面局部磨损，瞬断区存在较小区域的剪切唇，为韧性断裂，裂纹有点状缺陷，属于沿晶裂纹。晶界上有其他相析集，弱化了晶界断裂强度和连续性，裂纹扩展区以疲劳条带为主，断口表面存在不同程度的二次裂纹和滑移痕迹，从而引起疲劳韧性断裂。见图5。

与两裂纹源连线的垂直方向上，可见晶界沉淀的分散颗粒，断裂大部分区域属于沿晶韧性断裂，起裂位置处未见明显缺陷。该螺杆的显微组织为回火索氏体，无明显异常.

4.结果分析

综上所述，该失效螺杆为韧性疲劳断裂，螺杆的断裂面和螺纹处不是同一材质，与工艺图纸要求不符，导致受力不均匀，在交变应力作用下裂纹扩展并最终断裂。

参考文献

[1]王荣. 机械装备的失效分析（续前）第三讲  断口分析技术（上）[J].理化检验（物理分册），2016，52（10）：698-704

作者簡介：杨秀洁（1979.10--），女，汉族，陕西宝鸡人，宝鸡中车时代工程机械有限公司，工程师，从事理化检测研究。