紧固件失效分析：在动态载荷下，汽车紧固件的疲劳断裂和氢脆是由什么原因造成的？

快速回答:

汽车紧固件可能因疲劳、剪切、腐蚀开裂或振动引起的松动而失效。动态载荷使这些问题更加危险，因为发动机振动、道路冲击、制动和悬架系统振动会导致接头上的力不断变化。

紧固件失效分析必须考虑断裂、接头状况、螺栓载荷、腐蚀和装配历史。裂纹或断裂发生的位置可能有助于确定导致失效的问题类型。CNRL 生产各种类型的 汽车紧固件，包括螺栓、螺柱、螺钉、螺母等，用于发动机、底盘、变速器、制动器和安全系统。

为什么紧固件失效在汽车应用中会变得昂贵？

一个简单的螺栓可能对大型车辆装配系统产生重大影响。如果关键紧固件失去夹紧能力或断裂，部件可能会超出其预期限制移动。

后果包括产生噪音、泄漏、错位、部件损坏或接头功能失效。发动机、悬架、转向、变速器和制动系统尤其容易受到影响，因为它们的紧固件承受动态载荷。

动态载荷也意味着失效可能逐渐发生。螺栓在小裂纹生长到足以导致最终断裂之前，可以承受数千次循环。这就是为什么即使施加的载荷似乎不足以一次性折断螺栓，也可能发生紧固件疲劳失效的原因。

常见的汽车 螺栓失效模式?

主要的螺栓失效模式并非都留下相同的证据。了解每种模式如何发展有助于工程师追溯原因，而不仅仅是更换损坏的部件。

疲劳失效

当紧固件承受重复的应力变化时，就会发生疲劳。小裂纹可能开始在螺纹根部或紧固件表面上形成。

每次载荷循环，裂纹都可能生长，直到螺栓尺寸减小到无法支撑载荷的程度，从而导致突然断裂。

预紧力不足会加剧这种情况，导致接头分离或滑动，从而增加螺栓中的循环载荷。

因此，紧固件失效分析必须超越仅仅检查失效的螺栓。

剪切失效

剪切失效是由于施加在螺栓上的力横向于螺栓而不是轴向。当两个连接件之间存在滑动作用时，就可能发生这种情况。

螺栓剪切的原因是接头过载、使用尺寸、等级、设计不当的螺栓或夹紧力不足。

在这种情况下，夹紧力尤其重要。在大多数情况下，接头中被夹紧表面之间的摩擦有助于抵抗运动。然而，在夹紧力减小的情况下，构件将开始滑动，直到螺栓轴承受剪切应力。

腐蚀引起的失效

腐蚀导致紧固件的横截面积减小。此外，它会导致点蚀，从而导致应力集中。这些在有道路盐、湿气、热量和化学接触的区域尤其重要，例如车辆底部和排气管周围。

另一个可能影响某些高强度钢紧固件的问题是氢脆。氢可以通过制造和涂层工艺甚至环境进入易感钢中。

反过来，当承受拉伸应力时，紧固件容易发生延迟开裂。最初，螺栓看起来还好，但一段时间后会开裂。

因此，选择 防腐蚀 需要与材料类型、强度等级、涂层工艺和使用环境相对应。仅仅获得更好的螺栓并不是解决所有问题的答案。

振动引起的松动

振动并不总是直接折断螺栓。相反，重复的横向运动会逐渐减小夹紧力。

一旦预紧力下降，接头表面就会开始滑动。然后，螺栓可能会承受比预期更大的循环应力和运动。

有效的紧固件松动预防始于达到规定的预紧力。螺纹状况、紧固方法、表面光洁度、接头刚度和锁定方法也会影响抗松动性。这对于在车辆运行过程中持续振动的悬架、发动机、底盘和动力总成接头很重要。

如何防止每种类型的紧固件失效？

预防始于将紧固件和接头设计与实际载荷相匹配。在未查明原因的情况下用更高强度等级的螺栓替换失效的螺栓，只会将问题转移到其他地方。

控制疲劳和剪切

疲劳控制取决于将循环螺栓应力保持在预期范围内。正确的预紧力有助于被夹紧的部件保持接触并减少接头的运动。

对于与剪切相关的问题，接头还应具有足够的夹紧力以及适合预期横向载荷的紧固件尺寸。了解实际的螺栓剪切原因有助于确定问题是来自载荷、接头运动、尺寸还是材料选择。

管理腐蚀和氢风险

材料和涂层的选择应反映对水、道路盐、化学品和温度的暴露情况。对于易感的高强度钢，制造控制也很重要，因为加工过程中引入的氢会引起延迟开裂。因此，涂层工艺和所需的后处理应与紧固件规格相匹配。

防止振动导致预紧力下降

正确的紧固仍然是紧固件松动预防的关键。预紧力不足会导致移动，而过度紧固会拉伸或损坏紧固件。

锁定件也可用于需要它们的接头。这些可以包括预紧螺母或其他机械锁定设计。所选方法应支持接头，而不是补偿不正确的紧固件或拧紧规范。

CNRL 如何在汽车使用前测试紧固件？

测试是在紧固件进入汽车总成之前发现尺寸、机械、表面和材料问题的一种方法。

CNRL 列出了拉伸 测试机、硬度计、盐雾设备、涂层厚度仪、尺寸检查设备和 3D 测量系统等测试资源。该公司还使用磁粉和涡流检测来检测适用生产过程中的缺陷。

机械和尺寸检查

拉伸和 硬度测试 有助于确认 机械性能 是否符合规定的要求。尺寸检查检查直径、螺纹几何形状和其他图纸要求等特征。

这些检查很重要，因为不正确的尺寸或机械性能会导致多种 螺栓失效模式.

表面和缺陷检查

盐雾和涂层厚度测试可以评估指定的表面处理。磁粉或涡流检测也有助于检测仅通过目视检查可能不明显的某些缺陷。

总之，这些控制支持更完整的紧固件失效分析方法。防止失效始于安装前，通过检查紧固件是否与其图纸、材料、机械和表面要求相匹配。

了解 CNRL的测试中心能力，并讨论汽车紧固件项目的检查要求。