螺栓断裂失效分析
螺栓断口失效分析
1、解理断裂（大多数情况下为脆性断裂）2、剪切断裂1、静载断裂（拉伸断裂、扭转断裂）2、冲击断裂3、疲劳断裂1、低温冷脆断裂2、静载延滞断裂（静载断裂）3、应力腐蚀断裂4、氢脆断裂断口微观形貌（图3/4/5/6），断口呈脆性特征，表面微观形貌为冰糖状沿晶断裂，芯部为沿晶+准解理断裂，在断裂的晶面上有细小的发纹状形貌。
结论：零件为沿晶断裂的脆性断口。
断口呈脆性特征，表面微观形貌沿晶断裂，芯部为准解理断裂；终断区（图4）微观为丝状韧窝形貌，为最终撕裂区结论：断口为脆性断裂宏观断口无缩颈现象且微观组织多处存在剪切韧窝形貌，为剪切过载断裂断口。
综上分析：零件为氢脆导致的断裂，氢进入钢后常沿晶界处聚集，导致晶界催化，形成沿晶裂纹并扩展，导致断面承载能力较弱，最终超过其承载极限导致断裂典型氢脆断口的宏观形貌如右图所示：氢脆又称氢致断裂失效是由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致的失效。
氢脆多发生于螺纹牙底或头部与杆部过渡位置等应力集中处。
断口附近无明显塑性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶颗粒状，一般可见放射棱线。
色泽亮灰，断面干净，无腐蚀产物。
应力腐蚀也属于静载延滞断裂，其断口宏观形貌与一般的脆性断口相似，断口平齐而光亮，且与正应力相垂直，断口上常有人字纹或放射花样。
裂纹源区、扩展区通常色泽暗灰，伴有腐蚀产物或点蚀坑，离裂纹源区越近，腐蚀产物越多。
应力腐蚀断面最显著宏观形貌特征是裂纹源表面存在腐蚀介质成分贝纹线是疲劳断口最突出的宏观形貌特征，是鉴别疲劳断口的重要宏观依据。
如果在宏观上观察到贝壳状条纹时，在微观上观察到疲劳辉纹，可以判别这个断口属于疲劳断口。
螺栓断裂
螺栓断裂原因分析2010/10/28 17:22:07螺栓断裂分析的方法及程序在紧固件的失效分析中，螺栓的失效最多、也最为常见，而螺栓的断裂失效则占螺栓失效的80%左右，严重威胁着整个构件的安全。
因此，我们有必要、也必须对断裂螺栓进行分析。
由于螺栓的结构、形状和受力形式比较复杂，且在材料、工艺和使用状况等因素的影响下，经常发生各种形式的断裂失效。
由于螺栓种类多、用量大，普遍采用冷变形制造工艺，并依据各种不同性能要求而采用不同钢材和热处理工艺，同时进行严格的材料和工艺检查。
尽管如此，往往由于工艺管理和控制不善，构成了批量或频次较高的断裂失效，经常影响着正常生产和使用。
下面我们就谈谈紧固件断裂失效分析的方法。
紧固件断裂失效分析的方法一、系统方法系统方法，又称相关性方法，就是把失效分析类型、失效方式、断口特征形貌、工作条件、材质情况、制造工艺水平和过程、使用和维护情况等放在一个研究系统中，从总体上予以考虑的方法。
寻找失效原因应从设计、材质、制造、使用、维护等相关方面去考虑，并据此进行测试和分析，找出失效原因。
本方法的特点是：从一般到个别，从普遍到特殊，从单项分析到综合联系上找原因。
这就是尽可能地收集与全局有关的资料和测试信息，从而确定分析系统的范围。
该方法主要针对失效原因复杂的断裂螺栓。
二、抓主要矛盾方法在紧固件失效分析时要抓住失效中起主要作用的因素。
如在断裂失效中就一定要对断裂源、断裂形状及导致断裂的因素重点分析和研究。
这也是我们螺栓断裂失效分析中最常用的方法。
举例来说，当一个螺栓断裂件送到我们手上，我们发现该螺栓的支撑面的装配痕迹不对称（就是说一边有明显的装配痕迹而一边没有或者两边装配痕迹相差很大）。
我们都知道：力是造成痕迹的唯一原因，接下来我们就应对这一应力进行重点分析。
三、比较方法选择一个同批次，同服役状态而没有失效的螺栓与断裂螺栓一一对比，然后进行分析比较，从中找出差异，寻找出引起失效的原因。
六角头螺栓断裂分析
六角头螺栓断裂分析接到客户的质量反馈，重载矿山机械车辆轴承包紧固螺栓断裂导致轴承包脱落，现场反馈如下:是什么原因导致的螺栓断裂？是螺栓本身存在质量缺陷还是其他原因引起的连锁反应呢？我们一起探讨下...一、理化检验◆ 宏观检测a. 失效螺栓断裂形态见下图：观察图片，可见失效螺栓锈蚀严重，断裂位置存在明显的缩颈变形（红色虚线区域）。
失效螺栓断裂位置存在缩颈，说明螺栓在断裂之前承受了较大的拉应力而不是突然出现的脆性断裂。
b. 失效螺栓断面形态见下图：观察失效螺栓断口宏观形貌，断口较平整，存在明显的剪切唇，部分区域呈波纹状花纹，将断口分为源裂纹区（红色虚线区域）、裂纹扩展区（波纹状花纹）、最后断裂区（绿色虚线区域）。
源裂纹区位于螺纹根部表面，锈蚀严重且锈迹向螺栓中心位置扩散，存在较大剪切唇。
结合螺栓实际安装位置，分析该区域在断裂之前，承受了一定的剪切力导致此位置出现裂纹，在使用过程中裂纹逐渐扩散，最终发生断裂。
◆ 化学成分分析使用光谱仪对失效样品进行化学成分检测，检测结果见下表：比照GB/T 3077-2015标准，该物料材质应该为40Cr合金钢，该材质满足标准ISO 898-1中规定的10.9级螺栓材质要求以及热处理性能要求。
◆维氏硬度检测使用HV30硬度仪对失效样品进行检测，并与发货时原始数据比对，ISO 898-1标准要求10.9级螺栓维氏硬度（≥HV10）为320HV-380HV,检测结果见下表：拉伸实验检测取同批次未断裂螺栓一支进行拉伸实验，检测结果为1136.8Mpa，大于标准ISO 898-1要求的1040Mpa，抗拉强度合格。
-20℃冲击试验检测取同批次未断裂螺栓一支进行-20℃冲击试验，检测结果为58.75J，大于标准ISO 898-1要求的27J，-20℃冲击合格。
金相检测使用金相显微镜对失效件样品金相组织进行检测（500X），检测结果见下图：可见螺栓金相组织为典型的回火屈氏体组织，碳化物分布均匀，组织无明显异常。
关于螺栓产生的问题的短篇
关于螺栓产生的问题及分析
一、螺栓松动
问题描述：螺栓在紧固后，经过一段时间或振动后，出现松动现象，导致连接部位出现间隙或产生移位。
原因分析：
1. 螺栓与螺母之间的摩擦系数不够，导致自锁能力不足。
2. 紧固时未使用合适的工具或方法，导致预紧力不足或预紧力不均匀。
3. 螺栓与被连接件之间的振动或冲击，导致螺栓松动。
解决方案：
1. 使用摩擦系数较高的螺母或添加垫片来增加摩擦力。
2. 使用合适的工具进行紧固，确保预紧力均匀且足够大。
3. 在连接部位增加防松装置，如弹簧垫圈、止动垫圈等。
二、螺栓断裂
问题描述：螺栓在受力或振动后，发生断裂现象，导致连接失效。
原因分析：
1. 螺栓材料存在缺陷，如夹杂物、气孔等。
2. 螺栓制造工艺不当，如热处理不当、机械加工过度等。
3. 螺栓受力过大或疲劳损伤，导致应力集中部位发生断裂。
4. 螺栓装配时受到损坏或碰撞。
解决方案：
1. 使用合格的材料，确保材料质量符合要求。
2. 严格控制制造工艺，确保螺栓质量稳定可靠。
3. 根据受力情况选择合适的螺栓规格和材料。
4. 确保装配时螺栓不受损坏或碰撞。
5. 加强定期检查和维护，及时更换受损螺栓。
三、螺栓腐蚀
问题描述：螺栓在使用过程中受到腐蚀，导致连接部位失效或产生安全隐患。
原因分析：
1. 螺栓材料不耐腐蚀，如普通碳钢螺栓在潮湿环境中容易生锈。
螺栓断裂分析报告
高强度螺栓断裂分析曾振鹏(上海交通大学高温材料及高温测试教育部重点实验室，上海200030)摘要:采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。
断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。
金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。
关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。
螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。
1 检验1.1 材料的化学成分用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。
从表1可以看出，材料的化学成分符合标准要求。
1.2 硬度测定硬度测定结果列于表2。
由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。
1.3 材料的显微组织(1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。
对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。
图1 夹杂物形态及分布状况100×图2 螺栓的显微组织280×4%硝酸酒精溶液侵蚀(2)显微组织见图2。
组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。
从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。
对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。
1.4 断口分析(1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。
表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。
当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。
图3 断口的宏观形貌图4 断口微观形貌(2)断口的微观形态基本上以准解理花样为主，还有一些二次裂纹，如图4所示。
螺栓失效分析
螺栓失效分析■ 史可庆，刘哲，刘永超2017年5月接到某公司邀请，分析解决该公司设备失效问题。
到厂后对于此失效设备进行了初步调查取证：此失效件为齿轮上的固定螺栓，螺栓头部与本体断开失效。
沟通得知本产品的相关信息，螺栓为购买的轧制半成品，材质为20MnTiB 。
自行热处理后使用，工艺为：860℃保温后淬火，然后420℃回火。
成品硬度为33～40HRC ，抗拉强度R m ≥1030MPa ，淬火后心部90%以上为马氏体。
调取热处理操作记录和监控，排除工艺执行问题引发失效的可能性。
1. 宏观分析失效螺栓为在齿轮上的固定螺栓，螺栓头部与本体断开失效，头部内端面有明显的撕裂失摘要：某公司齿轮上螺栓失效。
通过宏观分析、成分分析、硬度测试、金相分析等工作，对失效的原因进行了分析。
结果表明：该螺栓在近内表面54.25μm 处存在裂纹，此缺陷在淬火前已存在，淬火后使得缺陷加剧扩展，导致螺栓服役期间失效。
建议首先严格控制原材料的纯净度，降低夹杂物的影响，其次增加热处理前的无损检测工序，以保证淬火质量。
关键词：螺栓失效；裂纹；硫化物夹杂；疲劳断裂扫码了解更多效形貌，且有明显贝纹线。
该螺栓外表面是经过涂层处理的，有银色涂层存在，如图1所示。
2. 理化分析（1）光谱分析 将螺栓头部外端面用铣床铣掉表层涂层，进行光谱分析和硬度测试如图2所示，结果如表1、表2所示。
根据表1的结果分析，成分符合20MnTiB 的要求，且无明显的成分偏析状况。
（2）硬度检验 将螺栓头部沿着中心轴线锯切为两半，磨制试样，然后在内端面进行硬度检验如图3所示。
分析结果如表2所示。
根据表2的结果分析内外表面硬度（a ） （b ）图1 失效螺栓宏观形貌表1 外表面化学成分分析（质量分数） （%）均符合32～39H R C要求，根据D I N50150标准推算强度也符合R m≥1040MPa的要求。
（3）金相检验将剖切面进行磨制抛光，进行金相分析，在剖切面一侧发现靠近内端面有一处裂纹，裂纹方向与内端面平行，裂纹距内端面最大距离305.35μm，距内端面最小距离54.25μm。
1螺栓断裂情况汇报
1螺栓断裂情况汇报尊敬的领导：根据最近的工作情况，我对螺栓断裂情况进行了汇报。
在我们的生产过程中，螺栓断裂的情况时有发生，给生产和设备带来了一定的影响。
经过调查和分析，我对此情况进行了总结和汇报，希望能够得到您的指导和支持。
首先，我们对螺栓断裂的情况进行了详细的调查和分析。
在生产现场，我们发现螺栓断裂主要集中在某一台设备上，且发生频率较高。
经过检查，我们发现这些螺栓在使用过程中出现了明显的疲劳断裂现象，部分螺栓表面还出现了裂纹。
这些情况表明，螺栓的质量和使用状态存在一定的问题，需要引起我们的重视和处理。
其次，我们对螺栓的使用情况进行了分析。
经过调查发现，部分螺栓在使用过程中受到了过大的载荷，超出了其承载能力范围。
另外，由于一些操作人员对螺栓的安装和紧固力度掌握不够，导致螺栓在工作过程中出现了松动现象。
这些因素都对螺栓的使用寿命和安全性造成了一定的影响。
针对以上情况，我们已经采取了一系列的措施来解决螺栓断裂的问题。
首先，我们对设备进行了全面的检修和维护，对螺栓进行了更换和升级，以确保其质量和性能符合要求。
其次，我们加强了对操作人员的培训和管理，提高了他们对螺栓安装和使用的认识和技能，减少了因人为操作不当而导致的螺栓断裂情况。
同时，我们还对设备的工作状态进行了监测和调整，确保了螺栓在正常工作范围内运行，避免了过大的载荷对螺栓的影响。
经过以上的努力，螺栓断裂的情况得到了有效的控制和改善。
目前，螺栓的使用状态和安全性得到了有效的保障，生产过程中的故障率和安全隐患得到了有效的降低。
我们将继续密切关注螺栓的使用情况，加强对设备和操作人员的管理和监督，确保螺栓的安全使用，为生产的顺利进行提供保障。
在今后的工作中，我们将进一步加强对螺栓使用情况的监测和分析，不断改进和完善螺栓的使用管理制度，提高螺栓的使用安全性和可靠性，为企业的发展和生产的顺利进行提供更加坚实的保障。
此致。
敬礼。
20MnTiB螺栓失效分析
20MnTiB螺栓失效分析1 概述高强度螺栓是继铆接、焊接之后发展起来的一种钢结构连接型式。
它具有施工简单、可拆卸、承载大、耐疲劳、较安全等优点。
因此, 高强度螺栓连接已发展成为钢结构工程安装的主要手段。
20MnTiB钢高强度螺栓用于航天发射塔架斜支梁、悬臂梁及主梁联结板的连接。
在进行服役过程中，发现有少量连接螺栓断裂的现象。
本文通过断裂螺栓的断口、显微组织、显微硬度和微区成分进行了分析。
查找螺栓失效原因，制定改进措施，以防止同类失效再度发生。
2 螺栓的材料及技术条件螺栓型号为M22(GB1228-1984)，螺栓材料为20MnTiB钢，这是国标推荐的高强度螺栓用钢,在相同硬度下，与中碳合金钢比较，具有更加良好的韧性和可锻性，较好的强韧性，还可避免脱碳现象。
其化学成分如表1表1 螺栓化学成分（W B）C Mn Si P S Cu Cr TI B 样品0.22 1.38 0.99 0.006 0.023 0.15 0.07 0.07 0.0018该批螺栓所用钢材化学成分符合标准要求，P、S、Cu等残余元素也控制在合理范围之内。
加工螺栓用毛坯为热轧圆钢。
制造工艺流程如下：20MnTiB圆钢(盘条)酸洗拉拔冷镦成型搓丝热处理发黑包装入库其热处理工艺为880℃油淬，380～400℃中温回火，组织为回火屈氏体。
每批成品均抽样作静拉伸实验，力学性能达到GB1231-1984标准中10.9S的螺栓性能等级要求，σb为1040～1240MPa，σs≥940MPa，δ5≥10%，ψ≥42%，A k≥58.8N·m，维氏硬度为312～367HV30，洛氏硬度为33～39HRC。
3断裂螺栓失效分析3.1断口宏观形貌分析宏观下，断裂螺栓断口具有脆性特征，如图1。
断口面位于螺栓的第五个螺纹处。
断口可分为三个区域：裂纹源区、裂纹扩展区和最终瞬断区。
未观察到疲劳断裂特征。
裂纹源区位于螺纹根部,其放大形貌，如图2。
在裂纹源区可观察到一扁长形状的原始裂纹，长约 5.5mm，深约0.8mm，在其旁有一半月形的锈蚀区。
螺栓失效分析实验报告
螺栓失效分析实验报告1. 实验目的本实验的目的是通过对螺栓失效进行详细分析，了解螺栓失效的原因及影响因素，为螺栓的设计和使用提供参考。
2. 实验装置和材料本实验使用的装置包括一台拉力试验机和一套螺栓安装系统。
材料包括不同类型和规格的螺栓样品、扭力扳手、润滑剂等。
3. 实验方法3.1 螺栓安装根据实验要求选择不同类型和规格的螺栓，并使用扭力扳手按照标准操作将螺栓安装在试验装置中。
3.2 拉力测试在螺栓安装完成后，使用拉力试验机对螺栓进行拉力测试。
通过逐渐增加加载力，记录拉力与位移的曲线，并记录螺栓失效时的加载力。
3.3 失效分析在螺栓失效后，对失效的螺栓进行详细分析。
包括失效部位的观察和测量、螺栓材料的化学成分分析、金相检测等。
根据实验数据进行失效原因的分析并提出改进措施。
4. 实验结果与分析经过多次实验，我们获得了不同类型和规格的螺栓在拉力测试中的失效数据。
通过对失效螺栓的分析，得出以下结论：1. 失效形式：螺栓失效的形式主要包括拉断、剪断、塑性变形等。
不同类型的螺栓在拉力测试中表现出不同的失效形式，这与其材料、几何形状等特性有关。
2. 失效原因：螺栓失效的原因主要包括载荷过大、螺栓材料强度不足、螺栓安装不合理等。
其中，载荷过大是导致螺栓失效的主要原因。
3. 影响因素：螺栓失效受多个因素的影响，包括载荷大小、螺栓材料强度、安装力矩等。
这些因素互相关联，缺一不可。
5. 改进措施与建议根据实验结果和分析，我们提出以下改进措施和建议：1. 选择适当的螺栓材料，确保其强度满足实际需求。
2. 在螺栓安装过程中，严格控制安装力矩，避免过度拉伸或损坏。
3. 针对不同应用场景，选择适当的螺栓类型和规格，避免载荷过大或过小。
4. 定期对螺栓进行检测和维护，及时更换老化或损坏的螺栓。
6. 实验总结通过本次螺栓失效分析实验，我们深入了解了螺栓失效的原因及其影响因素。
实验结果对于螺栓的设计和使用都具有重要的参考价值。
在未来的工程实践中，我们将根据实验中的结论和建议来选择和使用螺栓，以确保设备和结构的安全可靠。
螺栓断裂失效模式
螺栓断裂失效模式
螺栓断裂失效模式是指螺栓在使用过程中出现断裂现象的具体形式和原因。
常见的螺栓断裂失效模式包括以下几种：
1. 疲劳断裂：螺栓在受到重复加载的情况下，由于应力集中、材料的疲劳寿命到达或低周疲劳引起的断裂，常见于长期受到振动或震动加载的螺栓。
2. 过载断裂：螺栓受到超过其承载能力的加载时，由于应力超过材料强度极限而引起的断裂。
过载断裂通常发生在突然的大负荷或冲击加载下。
3. 弯曲断裂：螺栓由于受到应力集中或不均匀加载而产生弯曲变形，最终导致断裂。
弯曲断裂通常发生在螺栓的长度与直径比较大的情况下。
4. 腐蚀断裂：螺栓长期暴露在腐蚀介质中，导致螺栓材料的腐蚀损失，最终引起断裂。
5. 应力腐蚀断裂：螺栓同时受到应力和腐蚀介质的作用，引起材料的应力腐蚀破坏，最终导致断裂。
螺栓断裂失效模式的分析可以帮助设计和使用螺栓时避免断裂问题的发生，提高螺栓的可靠性和安全性。
螺纹紧固件失效分析案例(第5部分)
13. 网架螺栓断裂原因分析对一个M39×131的网架螺栓在服役中发生断裂的原因进行分析。
螺栓由40Cr钢制造，并经调质热处理。
一、 外观螺栓断裂处位于杆部的第二个螺扣牙根处。
螺栓断裂部位未见塑性变形，断口有部分锈蚀。
二、 断口图1为螺栓断口的宏观照片。
图1 断口宏观形貌断口可明显分成三个区。
Ⅰ区为无明显花样的光滑区；Ⅱ区为呈海滩花样的条带区；Ⅲ区为最后断裂区——瞬断区，该区平面与螺栓轴线大体呈45°角，属于剪切断裂区。
由断口特征可以判断，螺栓断裂属于弯曲疲劳断裂。
为了更清晰的观察断口三个区的形貌，将三个区进行局部放大观察（图2）Ⅰ区 Ⅱ区（其中白道为滑伤）Ⅲ区图2 断口三个特征区的局部放大形貌8×由照片可见，Ⅰ区为疲劳裂纹萌生及缓慢扩展区。
螺纹在螺纹根部高应力集中区首先诱发裂纹，在周期交变应力的作用下，螺纹反复张合，产生摩擦挤压，因而形成光滑断面。
在该区裂纹起始部位（图中箭头所指），可见大量细小台阶，说明疲劳裂纹的产生是多源的，此系在缺口应力集中时疲劳裂纹产生的典型形貌特征。
Ⅱ区为疲劳裂纹快速扩展区，其形貌特征为有明显的且平行的海滩状前沿线，此系裂纹扩展时周期性伸展与停歇而留下的痕迹。
该区约占断口总面积的2/3。
Ⅲ区为最后断裂区，断口粗糙灰暗。
该区的形成为裂纹扩展至一定程度后（Ⅱ阶段结束），剩余断面不堪承受外力作用，瞬时被拉断的结果。
Ⅰ区和Ⅱ区占整个断口面积的90％以上。
三、 低倍、金相组织1.夹杂图3为螺栓材料中的非金属夹杂物，主要为球状不变形氧化物，评定为3级（GB 10561-1989）。
图3 夹杂物100×2.金相组织螺栓材料的金相组织为调质索氏体＋部分断续网状铁素体和针状铁素体（魏氏组织）（图4）。
100× 500×图4 螺栓材料金相组织四、 初步分析意见1.螺栓的断裂属于弯曲疲劳断裂。
螺栓在服役过程中承受了单向弯曲交变应力（或者说双向弯曲交变应力，但其中一侧的应力远大于另一侧）。
螺栓断裂原因及处理方案
查手册，选螺栓
No. 4
金风科技
1、螺栓连接受力形式及预紧力控制
1.3螺栓受力分析
2) 紧联接 （1）只受预紧力F’的紧联接
外载荷FR——对螺栓为横向力——靠摩擦力传递
a. FR作用下，板不滑移：FR≤Ff，而Ff—→F’。 b. 按F’计算： F’为螺栓轴向负荷—→拉应力 c. 拧紧过程中，在T1作用下螺栓受扭—→产生τ T
3/17/2015
No. 14
金风科技
3/17/2015
Mechanical Laod test
3/17/2015
No. 15
金风科技
螺栓断裂原因：机组运行时，螺栓应力幅值过大，现场更换螺栓时未按 要求进行“十”字交叉紧固，造成法兰面间存在间隙。
3/17/2015
Mechanical Laod test
3/17/2015
No. 9
金风科技
3、螺栓断裂原因及案例分析
案例二
某项目现场叶片与轮毂连接螺栓频繁发生断裂，现场检查时发现该位置螺 栓有松动迹象。
3/17/2015
No. 5
金风科技
1、螺栓连接受力形式及预紧力控制
3/17/2015
Mechanical Laod test
3/17/2015
No. 6
金风科技
1、螺栓连接受力形式及预紧力控制
3/17/2015
Mechanical Laod test
3/17/2015
No. 7
金风科技
2、螺栓断裂分析时注意事项
杂、间隙等。 5) 登机检查时注意断裂螺栓位置法兰与螺杆是否存在干涉的情况。 6) 关注同批次多颗螺栓断裂的问题。
3/17/2015
螺栓断裂的原因分析及预防措施
1、螺栓断裂的原因：1.由于螺栓的材料导致的，假如我们选用的材料比较好了之后，那么我们的螺栓质量也就会比较好。
假如我们选用的材料比较差，那么我们的螺栓在一定程度上断裂的程度就会比较多。
2.螺栓的强度不够高导致的，由于螺栓在承受的压力如果大于螺栓的强度，那么螺栓就会很容易出现断裂的现象。
因此我们在使用螺栓的时候最好能够了解一下该螺栓所能够承受的强度是多大，这样我们就能够选择高于这个强度的螺栓，螺栓断裂的可能性也会减少很多。
3.制造不合格导致的，很多的螺栓会因为生产不合格，这样就没有办法发挥出标准螺栓的质量，在一定程度上就会导致了螺栓的断裂。
我们在生产螺栓之后一定要经过检测，这样才能够保证螺栓是合格的才进行销售，这个也是对于消费者的一种最基本的保证。
4.由于螺栓的疲劳强度导致的。
螺栓会断裂最多的因素就是由于螺栓的疲劳强度所致。
我们在使用螺栓一开始是没有什么问题的，但是在经过物件的作业之后就有可能会产生一定的松动，在松动的时候继续作业是会让螺栓的疲劳强度增大，在到达了螺栓所能够承受的范围极限，那么螺栓也就随之断裂了。
2、预防螺栓断裂的措施：1.塞加垫铁2.改进螺栓加工工艺3.改进标准节加工工艺3、螺栓的质量有螺栓的长度、规格、类别、连接形式等条件决定。
4、螺栓的预紧力矩使得螺栓受到拉应力、剪应力两种力，而预紧力的控制是为了保证法兰连接系统紧密不漏、安全可靠地长周期运行，垫片表面必须有足够的密封比压，特别在高温工况下垫片会产生老化、蠕变松弛，法兰和螺栓产生热变形，因此高温连接系统的密封比常温困难得多，此时螺栓预紧力的施加与控制就显得十分重要，过大或过小的预紧力都会对密封产生不利影响。
螺栓预紧力过大，密封垫片会被压死而失去弹性，甚至会将螺栓拧断；过小的螺栓预紧力又使受压后垫片表面的残余压紧应力达不到工作密封比压，从而导致连接系统泄漏。
因此如何控制螺栓预紧力是生产实际中必须重视的问题。
5、螺栓的抗拉强度和屈服强度决定了螺栓的强度，强度越大，通常寿命越大。
SCM435螺栓断裂失效分析
s261体视显微镜下对断口进一步观察，断面干净、色泽呈亮灰色、结构粗糙，可观察到断裂的起源位于螺栓的近表面应力集中处，裂纹快速扩展区及剪切唇都明显可见，具有脆性断裂的典型特征。
图3所示为螺栓断口体视显微形貌。
用JSM-IT300扫描电镜对断口进行观察分析，断1#与断2#裂纹源位置相同，但裂纹源处并未发现有非金属夹杂等其他缺陷，整个断口都呈沿晶断裂，属脆性断裂。
图4、图5所示为断口扫描电镜形貌。
（3）化学成分分析 用ARL4460直读光谱仪对4根螺栓进行化学成分分析，螺栓化学成分如表1所示。
结果表明，2根失效螺栓化学成分与2根未失效螺栓化学成分基本一致，且都符合标准规定。
（4）微观组织检验 将1#断裂螺栓和4#未断螺栓切据后加工成金相试样，用4%硝酸酒精腐（a ）断裂1 （b ）断裂2图3 螺栓断口体视显微形貌图4 1#断口扫描电镜形貌有微小次生裂纹，呈沿晶断裂特征。
1#和4#螺栓都呈现回火马氏体组织，马氏体位向特征明显，马氏体板条界和板条内部析出大量细小的碳化物颗粒。
组织中也存在一定数量的大颗粒碳化物，该碳化物尺寸在1μm 左右，为奥氏体化时未溶碳化物，如图6、图7所示。
（5）维氏硬度检测 将1#断裂螺栓沿中心纵向剖开（见图8），在维氏硬度试验机上进行硬度检测，结果（见表2）未见异常，符合标准要求。
（6）非金属夹杂物金相评级检验 按GB/T10561—2005规定A 法对1#、4#螺栓进行非金属夹杂物评级。
从夹杂物评级中未（a ） （b ）图1 1#断裂螺栓的宏观形貌（a ） （b ）图2 2#断裂螺栓的宏观形貌蚀，在金相显微镜和扫描电镜下观察，1#试样在裂纹源处发现（a）（b）（c）（d）图6 1#螺栓次生裂纹形貌和扫描电镜组织形貌（a）（b）图7 4#螺栓扫描组织形貌图8 1#螺栓硬度检测部位表2 1#螺栓硬度检测结果（HV）位置Min Max平均纵向404418410.9横向405416408.6图5 2#断口扫描电镜形貌表1 螺栓化学成分（质量分数）（%）螺栓C Si Mn P S Cr Mo Al 1#（断裂）0.370.230.750.0170.0020.990.190.029 2#（断裂）0.380.220.770.0160.0020.980.180.031 3#（未断裂）0.370.250.760.0170.0020.980.190.030 4#（未断裂）0.360.240.760.0170.002 1.000.180.031图9 1#断裂螺栓氢析出曲线图10 4#未断螺栓氢析出曲线断裂特征。
10.9S级高强螺栓断裂分析
第４６卷 第２期金 属 制 品２０２０年４月 Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ２ＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＡｐｒｉｌ２０２０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－４２２６．２０２０．０２．００９１０．９Ｓ级高强螺栓断裂分析倪 莉， 刘 勇， 马勤超， 毛锡非， 王 慧， 张 挺， 刘海波（浙江国检检测技术股份有限公司， 浙江 海盐 ３１４３００）摘要：某批１０．９Ｓ级高强螺栓在施工过程发生多件断裂。
采用宏观检查、断口分析、金相检测、性能检测、化学分析等方法对失效螺栓进行分析。
结果表明：失效螺栓为韧性过载断裂。
引起螺栓过载断裂的原因是现场扭矩系数测量存在异常，导致计算的终拧扭矩过大。
在连接副出厂后运输、装卸、存储、安装、施拧和检查过程中应采取措施以确保其扭矩系数的稳定性。
关键词：高强螺栓；韧性；过载断裂；扭矩系数；金相组织中图分类号：ＴＧ１１５ 文献标识码：ＡＦｒａｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆ１０．９ＳｇｒａｄｅｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔＮｉＬｉ，ＬｉｕＹｏｎｇ，ＭａＱｉｎｃｈａｏ，ＭａｏＸｉｆｅｉ，ＷａｎｇＨｕｉ，ＺｈａｎｇＴｉｎｇ，ＬｉｕＨａｉｂｏ（ＺｈｅｊｉａｎｇＧｕｏｊｉａｎＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｉｙａｎ３１４３００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂａｔｃｈｏｆ１０．９Ｓｇｒａｄｅｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｓｗａｓｆａｃｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｄｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｂｏｌｔｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｍａｃｒｏｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｆｒａｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆａｉｌｅｄｂｏｌｔｉｓａｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｖｅｒｌｏａｄｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｃａｕｓｅｉｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｎａｂｎｏｒｍａｌｉｔｙｉｎｏｎ ｓｉｔｅｔｏｒｑｕｅｃｏｅｆｆｉ ｃｉｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｃａｕｓｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｉｎａｌｔｏｒｑｕｅｔｏｂｅｔｏｏｌａｒｇｅ．Ｍｅａｓｕｒｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｔｏｅｎｓｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｏｒｑｕｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｕｒｉｎｇｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｌｏａｄｉｎｇ，ｕｎｌｏａｄｉｎｇ，ｓｔｏｒａｇｅ，ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｓｃｒｅｗｉｎｇａｎｄｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｐａｉｒａｆｔｅｒｌｅａｖｉｎｇｔｈｅｆａｃｔｏｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔ；ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｏｖｅｒｌｏａｄｆｒａｃｔｕｒｅ；ｔｏｒｑｕｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１ 问题提出六角头高强螺栓在某风电钢塔安装现场施拧过程中发生３０余件断裂，终拧时环境温度２７℃，扭矩系数为０．１３２，终拧扭矩为１６１０Ｎ·ｍ。
螺栓失效分析方法
螺栓失效分析方法A．分析流程当我们确定任何一种失效的根本原因时，必须遵守相应的指南或者提出一些问题。
调查的首要部分是收集尽可能多的和紧固件应用相关的信息。
1. 紧固件是如何被安装的，用手、气动工具、或者扭矩扳手？2. 用到的辅助组件，平垫圈类型；螺母等级，光洁度、表面涂层？3. 作用与连接处的外载荷类型：重在冲击载荷、振动、旋转，静载荷，轴向载荷或者是横向载荷？4. 载荷的大小？5. 环境？6. 连接处是否是多个紧固件？7. 多个联接螺栓是如何紧固的，交叉紧固、逐步加载，或者一个挨一个的拧紧？8. 从哪里施加的凝聚拧紧的，螺栓头或者是螺母、又或者是螺栓头螺母交替拧紧的？9. 连接的状态怎么样，生锈的、喷漆表面、粗糙的、光滑的、图润滑的表面？10. 失效零件的状态如何，喷漆的，生锈的、有油脂的、热烧伤的？11. 断裂表面的状态是什么样的，光滑的、发暗的、光亮的、生锈的？12. 断裂的部位，头部、螺纹过渡处、外部裂纹？13. 该批螺栓是否有机械性能或者化学成分的测试报告？B．调查取证现在需要我们来把我们收集的资料进行分类了，有时我们可以通过样品的表观和断面来判断到底发生了什么，这样可以缩小失效可能的范围。
例如，韧性断裂会显示为有夹杂的凹涡，或者杯形或锥形的暗带。
也会显现其他形式的变形，因为材料在发生极限断裂前会发生形变。
然而，如果加载很快如，冲击或快速拧紧，韧性材料也有可能发生脆性断裂。
例如再利用非可调式气动工具紧固螺栓时。
检查螺栓的螺纹部分，看螺距是否有变化，这可以帮我们判断螺栓是否承受了较大的载荷，如果螺距变大，说明螺栓应力超出了屈服应力。
图1.韧性断裂脆性断裂一般情况下端面是平的，端面和疲劳失效相似，不过看上去更光亮一些，露出晶粒状断裂。
脆性断裂不会显示处形变的迹象，有些断裂会显示指向应力起始点的锯齿痕或瀑布纹。
图2.脆性断裂金属疲劳会显示贝壳纹或沙滩条纹贯穿疲劳断面，这里会有一系列的带状暗带或亮带或者二者兼有，暗带预示着低频率振动，而亮带则是由于高周波冲击载荷引起。
机械零件失效分析作业
10.9 级高强度螺栓断裂失效分析徐海波一、案例背景3 支 10.9 级 M30 高强螺栓在进行风电轮毂装配后,发生了断裂脱落事故，断裂时间为装配完成 1 天之后。
螺栓材质为 42Cr Mo A , 杆长 250mm。
断裂位置均位于六角螺栓头部。
装配过程为了控制力矩采用了力矩扳手。
为了分析高强度螺栓断裂的原因,我们搜集了断裂样品 ,进行了综合试验分析。
二、失效分析过程首先对断口进行宏观分析，初步确定断裂类型；若为脆断，则进行成分分析，鉴定材料是否存在成分偷工减料；若无，则进行微观分析。
包括金相分析和断口微观分析，其中前者是为了确定基体组织是否满足实际工况要求的组织；后者通过断口的形貌进一步鉴定断裂失效类型。
最后对材料进行性能测试，看是否到达工况要求。
最后综上分析过程得出螺栓断裂失效的原因并就存在的问题提出有效预防措施。
具体分析过程如下所述。
1、宏观分析现场收集到的相关的断裂件如图 1 所示。
由图可知螺栓断裂的部位是位于螺纹过渡的区域，该区域易出现应力集中；断件表面平整且断前没有发生塑性变形如图2所示。
由此可以初步地判断螺栓发生了脆性断裂。
图 1断裂螺栓头部形貌图2螺杆部分宏观检验照片2、微观分析2.1 成分分析在断裂螺杆上取样进行了化学成分分析，结果见表 1。
通过化学成分分析，结果表明螺栓的化学成分没有存在偷工减料，是符合标准的。
表 1 实测螺栓化学成分(质量分数 )元素C Si Mn S P Cr Mo Cu断裂螺栓实测值（ %）0.3860.1840.5320.0090.0130.9500.2250.004未使用型螺栓实测值 (%)0.3800.1720.5280.0070.0100.9060.1870.0012.2 组织分析通过对螺栓进行理化分析后，排除成分的造假的可能。
下面就断件和标准件进行金相分析。
如图 3 所示，分析结果如表 3 所示。
( a)断裂螺栓回火马氏体2000×( b)未断裂新螺栓回火索氏体2000×图 3 螺栓金相照片表 2 金相检验结果试验项目显微组织夹杂物脱碳层晶粒度断裂螺栓试样M 回D2.00.10 mm6～ 7未使用新螺栓S 回D2.00.15 mm6～ 72.3 性能测试组织决定了性能，表 2 是断裂螺栓和新螺栓（标准）力学性能的比较。