某发动机平衡轴螺栓磨合工况时发现凸轮轴相位偏差,拆解后发现平衡轴螺栓断裂;该螺栓采用定值扭矩扳手拧紧,实际装配扭矩为60Nm;现对螺栓质量进行检验并分析断裂原因。
图 1 连接结构示意图
失效螺栓在未旋合的螺纹处断裂,其断裂处已产生缩颈;螺栓头部一侧由于断裂后失去约束与被连接件发生磕碰。
图 2 失效样品形貌
图 3 失效螺栓断口的宏观形貌
图3中可见,失效螺栓断口存在棘轮状撕裂棱,表明螺栓在断裂时承受一定的扭转载荷;
图2中也可看到螺栓断裂处已经明显产生缩颈,表明螺栓承受拉伸载荷且产生过大塑性变形。
对该螺栓内在质量进行检验,螺栓的硬度为(34.9、35.1、35.8)HRC,脱碳试验符合GB/T3098.1中的技术要求,金相组织为回火索氏体(图4)。
图 4 螺栓的金相组织
结论:
根据失效螺栓的宏观形貌和断口形貌分析,螺栓在失效时承受了拉伸和扭转两种载荷,其失效原因是由于装配时过度拧紧导致螺栓被拉长、产生过大塑性变形导致缩颈并断裂;
导致螺栓过度拧紧的原因可能与设定装配扭矩过大、螺栓未控制摩擦系数、装配工具精度较差等因素有关,具体原因需结合其他样品和信息进一步分析。