【失效分析】汽车发动机螺栓断裂分析

12月,17,2025 | 浏览次数：22

       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。

       二、试验方案

       1#-1、1#-2、2#-1螺栓断面均无明显颈缩，整体较为平齐，可观察到明显贝壳纹，为疲劳断裂特征。具体宏观形貌见图2。

       注：客户送检1#、2#两个断裂螺栓，其断裂方式基本一致，且1#螺栓断口保留完整，2#螺栓部分丢失，故后文主要针对1#螺栓进行测试分析。

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。

       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

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。

表2-螺栓硬度结果表

       改善螺栓热处理工艺，增加调质处理以提高螺栓整体力学性能。