シリンダーヘッドボルト破断の故障解析

2 つのシリンダーヘッドボルトフィッティング (それぞれ 1 と 2 の番号が付けられています) の破損位置は、ロッドとヘッドの接合部です。 ボルトには主に組み立て時や締め付け時にねじり荷重がかかります。 このとき、主応力は軸に対して45°、せん断応力は軸に対して垂直になります。 破壊の観点から見ると、亀裂の開始領域は軸に対して 45° の角度にあり、通常の応力の結果であるねじり中の通常の破壊として現れます。 瞬間破断面積は軸に垂直であり、全破断面積のうちu200bu200bの面積が大半を占めており、破断時の応力が大きいか、材料強度が不足していることがわかります。

2.2 化学組成と微細構造解析

ボルト材質グレードは40Cr鋼、硬度要求は32～38HRC、金属組織要求は1～3レベル(JB/T8837-2000)です。 検査後、No.の化学組成（質量分率）がわかりました。 1 つのシリンダー ヘッド ボルトは GB/T3077-1988 の要件を満たしています。表 1 を参照してください。 2 本のボルトの母材組織は、JB/T8837-2000 に従って評価された微細焼戻しソルバイトであり、組織はグレード 1 であり、グレード 1 ～ 3 の技術要件を満たしています。 エッジ構造の結晶粒界ははっきりと見えますが、その色は他の部分に比べて明らかに明るいです。 表面には脱炭層が存在すると推定されており、No. 2ボルトの方がわかりやすいですね。 （ガイド：ファスナーの常識を簡単に説明）

両方のボルトには残留バンド構造があり、バンド構造中に非金属介在物が存在します。 No.のバンド構成。 1 本のボルトを図 2 に示します。 間に硫化物様の介在物がはっきりと見えますが、いずれも規格範囲内です。 .

2.3 微小硬度試験

磁粉検査の結果、磁気痕跡は見つかりませんでした。 テスト後の硬度値はNo. ボルト1本は34HRC、硬度No. 2ボルトは36HRCと37HRCで、32～38HRCの技術要求を満たします。 ボルトは焼き入れ焼き戻しが施されているため、金属組織から端部に脱炭層があるかどうかを判断する根拠はまだないようです。 刃先の脱炭層の有無を確認するため、刃先と中心部の微小硬度試験を実施しました。 エッジ硬度は中心硬度よりも低く、エッジに脱炭層の存在がさらに確認されます。 エッジのカーボン含有量が減少すると浸食の度合いが減少するため、色が明るくなり、粒界がはっきりと見えます。 ボルトの表面は焼入れ・焼戻し後に熱処理により生じた脱炭層を除去する機械加工が行われますが、ロッドとヘッドの接合部では機械加工による脱炭層の除去が困難な場合が多くあります。 脱炭層は接合部に残ります。

2.4 分析と考察

最大応力はボルトのエッジに位置し、エッジで脱炭が発生するため、エッジの強度が低下します。 ボルトはある程度の脱炭層を許容しますが、脱炭層の存在は常にボルトの使用に悪影響を及ぼします。 亀裂は脱炭によって発生するため、脱炭はボルトの破損の大きな要因の一つとなります。

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