——车轮螺母垫圈开裂初析

　　关键词：紧固件 车轮螺母 垫圈 应力状况 腐蚀坑 裂纹 上海底特

　　摘要：客车在斯里兰卡运行服役半年后，车轮螺母的垫圈产生断裂。

　　经过宏观微观分析：车轮螺母产生严重的腐蚀，锈迹斑斑，尤其在垫圈部位，严重的腐蚀导致产生凹坑，性能变差，造成应力集中，并且由于垫圈的结构复杂、受力状况比较特殊，除了拉应力外，垫圈露出部分还有压应力存在，因此，在行驶2.6万公里后产生个别垫圈断裂，断裂的裂纹形态是

　　沿晶裂纹，经综合分析后发现，失效是比较典型的应力腐蚀开裂所致。车轮螺母从生产——装车——车辆使用——垫圈断裂的过程中，

　　经历了一年半的时间，从客车正式投入使用到车轮螺母断裂也经历了半年多的时间，行程2.6万公里(见图一) 。

　　底特公司的车轮螺母在2011年间，一共发出了22万件，只发生一起、4件车轮螺母的垫圈产生断裂的情况，车轮螺母垫圈的断裂是个别的。针对轮螺母的垫圈断裂的情况，组装的第二方作出了断裂垫圈的质量分析情况和检测诊断报告：

　　从以上报告来看，第二方检测分析写明：断裂的原因主要是热处理工艺不当引起淬火裂纹。到底是淬火裂纹引起的开裂，还是其他原因引起的断裂?从下面的逐项分析中可一见

　　端倪。一、断裂的车轮螺母垫圈的实验情况：这批车轮螺母是安装在客车上，并且在南亚的斯里兰卡国使用。

　　1、车轮螺母垫片严重锈蚀：斯里兰卡是海岛的环境，气侯条件高温高湿，产品极易产生腐蚀生锈，从第二方拍摄的照片来看，损坏的车轮螺母已经产生锈蚀，垫片处锈蚀更为严重

　　(1)车轮螺母已经生锈，其中垫圈部分的锈蚀更为严重，垫圈的内周已经看不出表面涂层的颜色，全部被红锈包围。

　　(2)在垫片平面周边一圈的锈蚀比较严重，且已经形成了左右两个锈蚀凹坑，这些是应力最集中的地方。其中左边红色的椭圆形的凹坑，椭圆中心联线与圆周形成切向线条，应力集中的情况略微好一些;而右边红色的椭圆形内的凹坑，椭圆中心线垂直于圆心，是最薄弱的环节，应力更为集中，断裂就在此处的锈蚀坑产生。

　　(3)车轮螺母整体产生严重的锈蚀，全部

　　显示出铁锈红色，并且依稀可见多处部位产生腐蚀的凹坑，腐蚀特别严重。

　　2、从金相试验中可以看出：主裂纹不是热处理裂纹，而是锈蚀应力集中造成的裂纹，分析依据如下：

　　(1)裂纹开口处类似河口三角洲，多条二次的裂纹在出口处汇总，说明汇口处是应力集中的地方。

　　(2)热处理裂纹是穿晶断裂，而不是下图中反映的沿晶裂纹。

　　(3)从使用时间上看，汽车已使用半年，2.6万公里，如果是热处理裂纹，在安装时受到应力作用就可能产生断裂，或者刚刚使用、形成的裂纹就会延伸、扩展，不可能使用半年后再产生断裂。

　　(4)从金相照片来看，组织是以回火索氏体+回火屈氏体为主，组织分布比较均匀，没有出现成片的不均匀组织，也没有出现大块的游离态的铁素体，金相组织状况在正常范围内，对照调质钢评级标准，回火组织在3级左右的范围内，不可能达到5级，说明热处理加热过程、淬火工艺在常规的工艺范围内

　　(5)从金相照片可见，马氏体经过回火后形态已经发生变化，形成回火索氏体、回火屈氏体，图片中没有明显看到马氏体组织，可见产品经过了一定时间的回火，组织转变比较分。

　　3、成分分析：化学成分经实验后，各项元素全部符合40Cr的成分要求(见表二) 。

　　4、硬度试验(1)底特公司对车轮螺母的检测比较规范，对各项性能认真进行检测，从2011年接连三个批次的47400个车轮螺母的检测中，硬度检测在HRC39~44范围之间，达到了技术要求

　　(见表三，在报告中黑色的HRC代表螺母的硬度，紫红色的HRC代表垫片的硬度)。其他的几何尺寸、外观、保载、磁粉探伤等各项性能指标的数值也达到了技术要求(见表三)。

　　(2)方盛测试HRC4 8，超过了标准要求，建议将断裂垫圈送到第三方检测机构重新检测。

　　二、与客户分析的商榷：

　　客户实验分析的分析数值内容，我们认为有几个地方不太妥当，值得大家共同商榷，一起根据图片进行探讨分析：

　　1、经过金相组织的对照分析：回火组织实际是在3级左右范围内，金相组织表现正常良好，而不是5级组织(见金相图片)，图片也可以看出是

　　以回火索氏体+回火屈氏体为主，没有看到马氏体组织，达到回火组织的要求;从金相组织也可以看出，组织分布比较均匀，并且没有看到大块的铁素体或者粗大的组织存在，说明热处理工艺掌握得比较恰当。

　　2、金相组织中并不是3条裂纹，而是一条裂纹加上表面的一些细小的、不完整的二次裂纹，这些是由表面组织应力腐蚀造成的;目前金相图片反映的裂纹形状是沿晶裂纹;而热处理造成的裂纹是穿晶断裂，线条显示比较平整的(并不一定是直线，也可以反映出弧线，但绝对不是弯弯曲曲的沿晶线条)。

　　3、底特公司抽检硬度为HRC41~45，达到技术要求;方盛公司检测到硬度为HRC48，超过了标准要求，建议将断裂垫圈重新拿到第三方检测机构复检，以便进一步了解分析车轮螺母垫片的真实状况。

文章来源于金蜘蛛紧固件