Fehleranalyse des Zylinderkopfschraubenbruchs

Die Bruchstellen der beiden Zylinderkopfschraubenbefestigungen (jeweils mit 1 und 2 nummeriert) liegen an der Verbindungsstelle von Stange und Kopf. Bei der Montage und dem Anziehen werden die Schrauben hauptsächlich auf Torsion beansprucht. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Hauptspannung im 45°-Winkel zur Achse und die Schubspannung ist senkrecht zur Achse. Aus Sicht des Bruchs liegt der Rissentstehungsbereich in einem 45°-Winkel zur Achse, was als normaler Bruch bei Torsion erscheint, die das Ergebnis normaler Spannung ist. Die momentane Bruchfläche verläuft senkrecht zur Achse, und die Fläche der momentanen Bruchfläche macht den größten Teil der gesamten Bruchfläche aus, was darauf hindeutet, dass die Spannung während des Bruchs groß ist oder die Materialfestigkeit unzureichend ist.

2.2　Chemische Zusammensetzung und Mikrostrukturanalyse

Das Schraubenmaterial ist 40Cr-Stahl, die Härteanforderung beträgt 32 bis 38 HRC, die metallografische Strukturanforderung liegt bei 1 bis 3 (JB/T8837-2000). Nach der Untersuchung wurde die chemische Zusammensetzung (Massenanteil) der Nr. 1 Zylinderkopfschraube erfüllt die Anforderungen von GB/T3077-1988, siehe Tabelle 1. Die Matrixstruktur der beiden Schrauben besteht aus feinvergütetem Sorbit, das gemäß JB/T8837-2000 bewertet wird, und die Struktur ist Klasse 1, die die technischen Anforderungen der Klassen 1 bis 3 erfüllt. Die Korngrenze in der Kantenstruktur ist deutlich sichtbar, ihre Farbe ist jedoch offensichtlich heller als andere Teile. Es wird geschätzt, dass sich auf der Oberfläche eine entkohlte Schicht befindet und die Nr. 2 Bolzen sind offensichtlicher. (Leitfaden: Beschreiben Sie kurz den gesunden Menschenverstand von Verbindungselementen.)

Beide Bolzen weisen eine Restbandstruktur auf und es gibt nichtmetallische Einschlüsse in der Bandstruktur. Die Bandstruktur von Nr. 1 Schraube ist in Abbildung 2 dargestellt. Die dazwischen liegenden sulfidartigen Einschlüsse sind deutlich zu erkennen, liegen aber alle im angegebenen Bereich. .

2,3　Mikrohärtetest

Bei der Magnetpulverprüfung wurden keine magnetischen Spuren gefunden. Nach der Prüfung wurde der Härtewert Nr. 1 Bolzen hat 34HRC und der Härtewert von Nr. 2 Bolzen sind 36HRC und 37HRC, was den technischen Anforderungen von 32～38HRC entspricht. Da der Bolzen vergütet wurde, scheint es aufgrund der metallografischen Struktur immer noch keine Hinweise darauf zu geben, ob sich am Rand eine entkohlte Schicht befindet. Um zu bestätigen, ob am Rand eine entkohlte Schicht vorhanden ist, wurde ein Mikrohärtetest am Rand und in der Mitte durchgeführt. Die Randhärte ist geringer als die Mittenhärte, was das Vorhandensein einer entkohlten Schicht am Rand weiter bestätigt. Durch die Reduzierung des Randkohlenstoffgehalts wird der Grad der Erosion verringert, sodass die Farbe heller ist und die Korngrenzen deutlich sichtbar sind. Obwohl die Oberfläche des Bolzens nach dem Abschrecken und Anlassen bearbeitet wird, um die durch thermische Bearbeitung entstandene entkohlte Schicht zu entfernen, ist es oft schwierig, die entkohlte Schicht durch mechanische Bearbeitung an der Verbindungsstelle zwischen Stange und Kopf zu entfernen. Die entkohlte Schicht bleibt an der Verbindungsstelle erhalten

2.4　Analyse und Diskussion

Da die maximale Spannung am Rand des Bolzens liegt und dort eine Entkohlung stattfindet, verringert sich die Festigkeit des Randes. Obwohl der Bolzen eine gewisse Menge an Entkohlungsschicht zulässt, wirkt sich das Vorhandensein der Entkohlungsschicht immer nachteilig auf die Lebensdauer des Bolzens aus. Da der Riss durch die Entkohlung entsteht, wird die Entkohlung zu einem der Hauptfaktoren für das Versagen der Schraube.

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