【失效分析】汽车发动机螺栓断裂分析

失效分析

优尔鸿信汽车发动机螺栓断裂

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一测试背景

汽车发动机螺栓在车辆路过颠簸路面时发生断裂，断裂位置位于螺栓与底座连接处齿根底部。客户送检失效样品进行检测分析，以期找出失效原因。

螺栓与底座为一体成型，材质为40Cr，设计硬度为32-39HRC，热处理工艺为调质处理(淬火+510℃回火)，表面进行达克罗处理。具体图片如图1所示。

图2 螺栓断口宏观形貌图

3.2微观形貌观察：

在1#-1螺栓断面A区域可以观察到：裂纹源位于螺栓边缘的齿根底部，且裂纹源附近成分无明显异常(位置2、3未检测到与位置1一致的达克罗层特征元素Zn）；扩展区B区域可观察到明显的疲劳辉纹，为疲劳断裂；终断区C区域可观察到河流花样和部分细小韧窝，为准解理断裂。具体形貌见图3。

图3  螺栓断口微观形貌图

3.3抛光态&腐蚀态形貌观察：

1.裂纹源附近螺牙根部，裂纹内无达克罗层，说明该裂纹并非在达克罗处理之前产生；

2.断口位置基体未观察到较大气孔和夹杂物；

3.1#螺栓螺牙和芯部组织均为呈带状分布铁素体+珠光体，并非调质组织。具体形貌见图4。

图4  抛光态&腐蚀态形貌图

3.4化学成分测试：

参照GB/T 3077-2015标准，断裂螺栓化学成分符合40Cr的规格要求。具体成分结果见表1。

表1  螺栓成分结果表

3.5硬度测试：

从硬度测量结果可以看出，螺栓芯部硬度低于管控下限。具体硬度测试结果见表2。