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汽车方向盘自挤螺钉断裂失效分析

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摘 要:采用扫描电镜、金相检验、显微硬度、化学成分分析、氢脆预载荷试验等方法对某型号乘用车方向盘固定螺钉的断裂原因进行了分析。结果表明,螺钉的断裂性质是氢致延迟断裂,裂纹起源于螺钉头下第一牙底。电镀后驱氢不充分致使螺钉表层残留较高浓度的氢,表面渗碳层及首牙处的应力集中构成了导致氢脆三个敏感因素。

汽车用紧固件相对于普通紧固件具有更高的安全性、可靠性要求高,汽车主机厂通常会要求其供应商提供的紧固件产品零缺陷,因为车辆在高速运行过程中,即使一个不起眼的螺钉断裂也可能造成严重的安全事故。某型号乘用车在试车时,用于固定方向盘的螺钉发生断裂,厂方要求分析断裂原因。该螺钉为一自挤螺钉,螺纹公称直径3.5mm,材质为SAE1022 ,表面渗碳后又经电镀锌处理。
1 理化检验
1.1断口分析
图1所示为断裂螺钉断面宏观形貌,该螺钉在一镁合金被连接部件上自攻螺纹安装,发现时螺钉头部已掉落丢失,图中所示为还未取出的断裂残件,其断口平齐,隐约可见发散性条纹收敛于断面右侧边缘。

汽车方向盘自挤螺钉断裂宏观形貌与断口边缘形貌

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汽车方向盘自挤螺钉金相分析与渗碳层显微硬度测试

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1.3 化学成分分析

采用电感耦合等离子发射光谱法(ICP)对螺钉部分残样进行化学成分分析,结果如表1所示,其化学成分与“SAE J430-2001”标准中1022钢的要求相比,碳含量偏高,这可能是由于螺钉表面渗碳的缘故。

表1 断裂螺钉化学成分(质量分数, %)

Tab.1 Chemical composition of the fractured screw (wt. %)

化学元素

C

Si

Mn

P

S

标准规定

0.170.23

≤0.10

0.701.00

≤0.030

≤0.035

检测值

0.28

0.06

0.80

0.016

0.010

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