地铁转向架连接螺栓断裂原因

孙明正

(1.上海材料研究所 检测中心,上海 200437;2.上海市工程材料应用与评价重点实验室,上海 200437)

某地铁转向架连接螺栓发生断裂，至发生断裂时螺栓服役约4 a(年)。图1为该断裂的地铁转向架连接螺栓的宏观形貌。连接螺栓的规格为8.8级M30，符合GB/T 3098.1-2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》技术要求。为了查明该地铁转向架连接螺栓的断裂原因,笔者对其进行了一系列的检验和分析，以期类似事故不在发生。

图1 断裂螺栓及同批次未断裂螺栓的宏观形貌Fig.1 Macro morphology of the fractured bolt and the same batch of unfractured bolts

1 理化检验

1.1 宏观观察

将断裂螺栓的断口置于体视显微镜下观察，其断口宏观形貌如图2所示。图2中可见裂纹起源于螺纹根部，具有多源台阶特征；瞬断区位于裂纹源区的对侧，具有剪切特征；中间的裂纹扩展区较为平坦，可见贝壳纹，为疲劳断裂的宏观形貌特征。图2中还可见断裂螺栓的两个裂纹源区的外侧螺纹的原始镀层表面已损伤，而中间一块区域的螺纹表面镀层情况完好，这种现象说明了断裂螺栓旋合后，其螺纹与配合的内螺纹孔的螺纹接触面不均匀，因此在裂纹源区会有额外的弯曲受力情况。图3为断裂螺栓侧面的宏观形貌，可见螺纹表面残留有较多的螺纹胶。

图2 断口宏观形貌Fig.2 Macro morphology of the fracture

图3 断裂螺栓侧面宏观形貌Fig.3 Macro morphology of side of the fractured bolt

1.2 化学成分分析

在断裂螺栓上取样进行化学成分分析，结果见表1。可见其化学成分符合GB/T 3098.1-2010对8.8级螺栓的成分要求。

表1 断裂螺栓的化学成分(质量分数)Tab.1 Chemical compositions of the fractured bolt (mass fraction) %

1.3 拉伸试验

在同批次未断裂螺栓上取样进行拉伸试验，结果见表2。……