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轴承知识
基础件失效分析实例
2010-06-02基础件是指螺栓、螺母、铆钉、插销等标准元件。对基础件的要求是比较高的，它们应具有高的强度，长的疲劳寿命，易维修，有良好的抗腐蚀性能，在高温或低温下有高度的可靠性。
基础件的选择及合理的使用取决于设计要求和使用条件。同时必须考虑到基础件的用途，工作环境，以及基础件所承受的载荷等。
基础件失效的常见形式主要是疲劳断裂、脆性断裂(例如氢致断裂)或应力腐蚀开裂等；有时也可能出现塑性变形失效。
基础件失效的原因是由于材料中的夹杂物偏析，或者是由于加工不当引起的皱叠、折叠及接缝而引起的。
螺栓断裂失效分析
1．重180型船用连杆螺栓断裂失效
重180型船用连杆螺栓材质为18CrNi4W钢，经过调质处理，其微观组织为回火索氏体，洛氏硬度为HRC33~38，工作时转速为n=1500转/分，使用两小时后发生断裂失效。螺栓的外貌及断口宏观形貌如图1所示。
通过断口形貌特征分析可知，无箭头指的那个螺栓断口是由于螺纹应力集中产生多源疲劳开裂，为典型的疲劳断口；而箭头指的那个螺栓是由于静强度不足而引起的塑性断裂。
基础件的选择及合理的使用取决于设计要求和使用条件。同时必须考虑到基础件的用途，工作环境，以及基础件所承受的载荷等。
基础件失效的常见形式主要是疲劳断裂、脆性断裂(例如氢致断裂)或应力腐蚀开裂等；有时也可能出现塑性变形失效。
基础件失效的原因是由于材料中的夹杂物偏析，或者是由于加工不当引起的皱叠、折叠及接缝而引起的。
螺栓断裂失效分析
1．重180型船用连杆螺栓断裂失效
重180型船用连杆螺栓材质为18CrNi4W钢，经过调质处理，其微观组织为回火索氏体，洛氏硬度为HRC33~38，工作时转速为n=1500转/分，使用两小时后发生断裂失效。螺栓的外貌及断口宏观形貌如图1所示。
通过断口形貌特征分析可知，无箭头指的那个螺栓断口是由于螺纹应力集中产生多源疲劳开裂，为典型的疲劳断口；而箭头指的那个螺栓是由于静强度不足而引起的塑性断裂。
图１
图象说明：
一个螺栓断口明显地分为两部分：一部分具有多个宏观台阶，断口表面较平整；另一部分为45°剪刀唇。箭头指的那个螺栓断口宏观形貌为杯一锥状断口。
2．手表车床螺栓断裂失效
江西手表厂从国外引进加工手表用的车床一批，经过海船运输到上海港，再陆运到江西南昌，拆箱检查发现，车床包装纸完好无损，而车床螺栓等零部件断裂失效。
如果是海上运输振动引起的断裂，应属疲劳断裂；若是在装卸船时损坏，包装纸也应损坏。
首先要查明螺栓断口的类型及断裂的性质。螺栓断口宏观外貌如图2所示，断口呈现45°左右的倾斜，表面为暗灰色。
通过螺栓断口各个不同部位的观察，均发现有韧性断裂的微观形貌特征——韧窝花样，因此可认为螺栓是由于一次剪切断裂，即在未装箱之前就已经损坏。
一个螺栓断口明显地分为两部分：一部分具有多个宏观台阶，断口表面较平整；另一部分为45°剪刀唇。箭头指的那个螺栓断口宏观形貌为杯一锥状断口。
2．手表车床螺栓断裂失效
江西手表厂从国外引进加工手表用的车床一批，经过海船运输到上海港，再陆运到江西南昌，拆箱检查发现，车床包装纸完好无损，而车床螺栓等零部件断裂失效。
如果是海上运输振动引起的断裂，应属疲劳断裂；若是在装卸船时损坏，包装纸也应损坏。
首先要查明螺栓断口的类型及断裂的性质。螺栓断口宏观外貌如图2所示，断口呈现45°左右的倾斜，表面为暗灰色。
通过螺栓断口各个不同部位的观察，均发现有韧性断裂的微观形貌特征——韧窝花样，因此可认为螺栓是由于一次剪切断裂，即在未装箱之前就已经损坏。
图２
图象说明：
螺栓断口呈现一次剪切断裂形貌 特征，断口表面倾斜45°角，宏观 断口形貌具有剪切或撕裂特征。
3. 柴油机连杆螺栓断裂失效
南海二号船是中国南海西部石油公司租给外商在海上钻探作业的中方船只，其动力装置是由挪威进口KVGB-12型，马力为2200匹的柴油机，曲轴额定转速为900转/分。累计使用13000小时后，四条连杆螺栓断裂，致使柴油机机座、活塞、缸套等被打烂，连杆严重变形失效。香港一家检验公司出具报告，认为螺栓因热处理不良而断裂。外商据此向中方索取20万美元之修理及停工停产的损失费用。为此，南海西部石油公司将不完整并已损坏的断裂螺栓断口送到有关单位要求验证。
损坏螺栓断口之宏观形貌见图3。据送检单位陈述：断口损坏是香港一家检验公司所为，他们把断口锯成四块。我们收到的这两块，其剖面(垂直断口的面)已经磨制作金相检查，故断口已被浸蚀。
螺栓断口呈现一次剪切断裂形貌 特征，断口表面倾斜45°角，宏观 断口形貌具有剪切或撕裂特征。
3. 柴油机连杆螺栓断裂失效
南海二号船是中国南海西部石油公司租给外商在海上钻探作业的中方船只，其动力装置是由挪威进口KVGB-12型，马力为2200匹的柴油机，曲轴额定转速为900转/分。累计使用13000小时后，四条连杆螺栓断裂，致使柴油机机座、活塞、缸套等被打烂，连杆严重变形失效。香港一家检验公司出具报告，认为螺栓因热处理不良而断裂。外商据此向中方索取20万美元之修理及停工停产的损失费用。为此，南海西部石油公司将不完整并已损坏的断裂螺栓断口送到有关单位要求验证。
损坏螺栓断口之宏观形貌见图3。据送检单位陈述：断口损坏是香港一家检验公司所为，他们把断口锯成四块。我们收到的这两块，其剖面(垂直断口的面)已经磨制作金相检查，故断口已被浸蚀。
图３
图象说明：
疲劳断裂，疲劳源起于牙齿根部，在圆周面上，可见疲劳痕迹，但不均匀。E、F表示两个区间。明显可见，E区疲劳痕面积大于F区。整个断口已受到腐蚀。螺栓材料相当于中国的42CrMo钢。
经金相检查分析，未找到因热处理不良造成连杆螺栓断裂的依据。
同时，根据断口3/5圆周面上所看到的不均匀分布的疲劳痕迹，表明螺栓受力不均，这和螺母松动或螺母不正，造成螺栓受一偏心力作用有关。螺母为什么松动或歪斜?可能是制造厂家的问题，也可能是使用人员曾松动过螺母而在拧紧时操作不正确所致。据查找运行记录证实，螺母曾被租方在未通知中方的情况下自行拆卸过。根据租方提供的资料来看，在四条断裂螺栓中，有一条断于螺纹部分，即我们所分析证实的属疲劳断裂。其余三条(外商没有提供断口，只提供照片)均断于螺栓杆身部位，并有明显缩颈，属一次拉断，这说明疲劳断裂的那条螺栓先断。当时值班操作人员理应有所发现，及时处理，防止事故扩大。而调查结果证实，事故发生时值班人员不在现场，致使连续出现其它三条螺栓先后拉断，酿成严重事故。
从上所述，租方的责任有两条：，单方面拆卸机件；第二，值班人员曾离开岗位。经过谈判，外商撤回赔偿要求。
经金相检查分析，未找到因热处理不良造成连杆螺栓断裂的依据。
同时，根据断口3/5圆周面上所看到的不均匀分布的疲劳痕迹，表明螺栓受力不均，这和螺母松动或螺母不正，造成螺栓受一偏心力作用有关。螺母为什么松动或歪斜?可能是制造厂家的问题，也可能是使用人员曾松动过螺母而在拧紧时操作不正确所致。据查找运行记录证实，螺母曾被租方在未通知中方的情况下自行拆卸过。根据租方提供的资料来看，在四条断裂螺栓中，有一条断于螺纹部分，即我们所分析证实的属疲劳断裂。其余三条(外商没有提供断口，只提供照片)均断于螺栓杆身部位，并有明显缩颈，属一次拉断，这说明疲劳断裂的那条螺栓先断。当时值班操作人员理应有所发现，及时处理，防止事故扩大。而调查结果证实，事故发生时值班人员不在现场，致使连续出现其它三条螺栓先后拉断，酿成严重事故。
从上所述，租方的责任有两条：，单方面拆卸机件；第二，值班人员曾离开岗位。经过谈判，外商撤回赔偿要求。
