螺栓失效分析
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。
螺纹紧固件失效分析案例(第1部分)
螺纹紧固件失效分析案例全国紧固件标准化技术委员会机械工业通用零部件产品质量监督检测中心二〇〇八年6月序机械产品失效是一门关于研究机械产品质量的综合性技术学科，主要研究失效的规律与机理。
机械零件的失效是在特定的工作条件下，当其所具备的失效抗力指标不能满足工作条件的要求时发生的。
导致零件失效的本质原因可能是材料本身的失效抗力不足，也可能是零件存在与设计或制造等过程有关的缺陷。
产品的早期失效往往是产品质量低劣或质量管理不善及科学技术水平不高的直接反映。
失效发生后能否尽快作出正确的判断，确定失效原因，制定防止失效的措施，则是衡量有关科技人员技术水平的重要标志。
加入WTO后，我国的产品将参与国际市场的竞争，于是提高产品质量成为提高竞争力的关键因素。
失效分析则是定量评定产品质量的重要基础，也是保证产品可靠性的重要手段。
机械科学研究总院、机械工业通用零部件产品质量监督检测中心在进行大量失效分析的基础上（包括对断裂、腐蚀和磨损的深入研究，特别是断口、裂纹和痕迹分析），分析了可能出现失效的形式和类型，以供大家在生产中借鉴，在生产工艺中加以避免出现失效的可能；同时，在今后的质量纠纷中维护自己的正当权益。
机械工业通用零部件产品质量监督检测中心熊学端研究员从事了几十年失效分析研究工作，有很深的理论造诣，积累了丰富的失效分析经验，本文中列举了部分螺纹紧固件失效分析案例，希望能够为生产企业及用户提供良好的参考和借鉴；同时，中心愿为生产企业和用户在今后的失效分析中提供技术咨询和指导。
全国紧固件标准化技术委员会目 录第一部分 失效分析概述 (1)1. 失效定义 (1)2. 失效分析的意义、目的 (1)3. 失效的来源 (1)4. 失效分析的思路、方法 (1)5. 断口分析 (2)6. 断口分析部分名词术语 (3)第二部分 失效分析案例 (7)1. 汽车上臂螺栓断裂原因分析 (7)2. 溜冰鞋螺钉、螺母断裂原因分析 (12)3. 紧定螺钉断裂原因分析报告 (20)4. 连杆螺栓断裂原因分析 (25)5. 汽车轮毂螺栓断裂原因分析 (29)6. M8×55高强度螺栓断裂原因分析 (33)7. 高压开关螺栓断裂原因分析报告 (37)8. 沟槽刚性接头紧固螺栓断裂原因分析报告 (42)9. 定位螺钉断裂原因分析 (47)10. M36×280高强度螺栓断裂原因分析 (53)11. 高压线塔联结螺栓断裂原因分析 (59)12. 中压电器用螺栓断裂原因分析报告 (64)13. 网架螺栓断裂原因分析 (66)14. 螺钉断裂原因分析 (69)15. 吊环螺钉断裂失效分析 (73)16. 螺栓失效原因分析 (79)第一部分 失效分析概述在具体讲述螺纹紧固件失效分析案例以前，先对失效分析的定义、意义、目的；失效的来源；失效分析的思路与方法；断口分析和名词术语等做一简单叙述。
大型起重机高强度螺栓的断裂失效分析
大型起重机高强度螺栓的断裂失效分析摘要：本文通过对一台大型起重机高强度螺栓断裂失效的分析，探究其原因和解决方法。
初步分析结果表明，螺栓断裂的主要原因是材料强度不足、应力过大和使用环境恶劣等因素导致的。
针对这些问题，本文提出了一系列改进措施，包括选用高强度材料、降低应力和改善使用环境等方面。
通过实验验证和理论计算，改进后的螺栓具备更高的强度和耐用性，可以有效地提高装置的稳定性和安全性。
关键词：起重机；高强度螺栓；断裂失效；强度分析；改进措施正文：1. 背景介绍大型起重机是现代工业中不可或缺的设备之一。
在使用过程中，螺栓作为连接装置的重要组成部分，在保证装置的稳定性和安全性方面起着至关重要的作用。
然而，螺栓也是易受力集中的零部件，容易出现断裂失效的情况。
因此，对螺栓失效进行分析和解决具有重要的理论和实践意义。
2. 断裂失效分析2.1 断裂形态分析通过对失效螺栓的断口形态进行分析，可以初步了解其失效原因。
观察失效螺栓的断口，发现其呈现出典型的断裂韧突混合断口。
2.2 强度分析对失效螺栓的材料进行强度测试，发现其强度值低于设计要求。
在使用过程中，由于受到集中载荷的作用，应力过大导致螺栓逐渐疲劳并最终断裂。
2.3 环境分析失效螺栓所处的使用环境恶劣，存在高温、湿润等不利因素。
因此，失效的螺栓容易受到腐蚀和氧化等影响，导致其材料性能和强度下降。
3. 改进措施针对分析结果，本文提出了一系列改进措施：3.1 选用高强度材料为了提高螺栓的强度，可以选用高强度材料来替代原有的材料，例如S45C、SCM43等。
这样既可以提高螺栓的耐久性，也可以在承受大载荷时发挥更好的作用。
3.2 降低应力在设计过程中，应尽可能减小螺栓所承受的载荷和应力，从而减少螺栓的疲劳损伤和断裂的可能性。
可以通过优化结构、增加支撑和缓冲措施等方法实现此目的。
3.3 改善使用环境在实际使用中，应注意维护和保养，防止螺栓受到腐蚀和氧化的影响。
可以采用表面防护涂层、常规保养和定期更换等措施，延长螺栓的使用寿命。
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。
汽轮机检修中螺栓损坏原因分析及对策
汽轮机检修中螺栓损坏原因分析及对策摘要：汽轮机组中存在着大量的螺栓，如果在维修中没有得到正确的处理，不仅会导致螺栓的损坏，而且还会导致维修周期的加长，从而增加维修费用，还会对设备造成不同程度的损伤，影响到蒸汽机组的安全和效率。
鉴于此，本文从汽轮机中螺栓检修的基本流程出发，对螺栓损伤的成因进行了分析，并提出了有针对性的对策，从而保证了机组的安全稳定运行。
关键词：汽轮机；检修；螺栓损坏；原因及对策一般来说，我们所说的螺栓指的是高压、高温螺栓，它不仅包括主汽门、连通管、调节气门、高压导气管和汽缸法兰螺栓，还包括各个轴承紧固螺栓。
因为在正常的情况下，汽轮机需要承受很大的压力，而且在机组的工作中，螺栓的工作状态是不断的做功，所以，在这样的工作条件下，螺栓会因为承受了很大的应力而产生疲劳，从而造成设备的破坏。
根据某电厂的一次检修，对造成螺栓损坏的因素作了详细的剖析，并根据工作实践，提出了相应的解决措施，从而提高了机组的安全性和稳定性。
1 汽轮机中螺栓检修基本流程分析为了提高汽轮机螺栓维修工作的效率和质量，需要对螺栓的维修基本过程进行合理的设定，并结合科学的维修工艺，对存在的问题进行及时妥善的处理。
汽轮机螺栓检修的基本程序是这样的。
首先，正确而有效的拆除螺栓。
在高效地拆除涡轮螺栓时，需要将金属表面的温度降到80℃以下，才能保证以后工作的正常进行。
拆除完毕后，应将螺栓保存好，并对其进行编号，这样才能保证检修的顺利进行。
其次是对螺栓的检查和维护。
检修前要做好准备工作，即一一拆开清理螺扣、螺帽等，去除氧化皮，保证零件的清洁。
如果螺母安装顺利，松开螺母，那就说明螺母没有问题，如果有问题，那就需要检查。
同时，要正确地选用维护方式，保证螺栓的良好状态和螺栓的表面光洁。
最终，在检修结束后，及时返回安装。
做完螺栓检修工作后，要立即回装。
在回位时，需要在合理的次序支撑下，对螺栓进行冷紧，热紧作业。
在实际工作中，需要对力矩进行有效的控制，并严格执行密封处理，从而保证螺栓的安全使用，避免出现漏气的情况。
桥梁螺栓疲劳断裂失效分析
桥梁螺栓疲劳断裂失效分析摘要：社会经济的快速发展，促使各领域的制造工艺和相关技术水平都有了极大的提升。
在提升技术的同时，企业对产品的可靠性也提出了更高的要求。
桥梁建造作为一项能够便捷人们出行的工程，其结构的稳定性和安全性对于整个工程的质量和社会效益有着极为重要的意义。
但是在实际的工程建造和维护中，不难发现，工作人员将主要的关注点放在了较大的部件上，而对于小部件，尤其是螺栓部件不重视，导致桥梁螺栓疲劳断裂失效。
因此，注重桥梁小部件的检查与维修，对桥梁螺栓疲劳断裂失效进行分析，对于社会的发展而言有着极为重要的意义。
本文基于疲劳断裂失效及断裂分析的重要性基础上，对缸盖螺栓的断裂失效原因进行分析，并提出了相应的优化措施。
关键词：桥梁螺栓；疲劳断裂；失效引言：自工业革命和改革开放以来，我国的工业得到了极大的发展，尤其是金属矿山开采、铁路建设、桥梁建造等领域，均获得了相当的进步。
在桥梁建造上，因为技术和工艺的革新，整体的建造水平呈现出向上的态势，但是在发展的同时，还存在着许多需要格外关注的问题。
如桥梁的疲劳断裂失效行为。
造成桥梁疲劳断裂的原因多种多样，最容易忽视的是螺栓疲劳断裂失效。
细节决定成败，即使对大部件进行完善的检查和维护，但是忽视小部件就会造成不可想象的后果。
一旦桥梁发生坍塌，不仅会造成极大的经济损失，还会严重威胁人们的生命安全。
因此，要想保证桥梁整体的安全性和稳定性，达到一个更高的运行质量，必须关注桥梁螺栓疲劳断裂情况，做好合适的检查和维修工作，作出合理的预防措施，从而有效减少事故的发生。
随着人们越来越高的，对产品的可靠性要求，疲劳断裂失效问题逐渐成为了各企业所关注的重点。
一、疲劳断裂失效及进行断裂分析的重要性疲劳断裂主要指的是因为在某个部位应力集中，或者是强度较低的部位出现裂纹，裂纹随后放大延展导致的断裂。
简单来说，疲劳断裂就是超出了材料的疲劳极限。
断裂一般可以分为两种类型，即延性断裂和脆性断裂。
螺纹紧固件失效分析案例(第2部分)
5．金相组织分别对未断与断裂螺钉和螺母各1件纵向解剖进行金相观察。
图8为试样末浸蚀时的低倍形貌。
a 25×b 50×c 25×图8 螺钉纵剖金相磨面（a、b—螺钉，c—螺母）从图可以清楚地看到，螺钉在牙的侧面存在明显的裂纹，每个牙上裂纹的位置与形态完全一致，将裂纹放大后（图8b）可以明确判断，上述裂纹实际上是螺钉在搓丝过程中形成的折叠。
折叠处（图8b中的A处）的显微硬度为540HV，0.05明显要高于其他部位的渗碳层的硬度，此系A处两面渗碳的结果，这点同时也说明上述裂纹在热处理前业已存在。
另外，对一个断裂的螺钉解剖后发现，在过渡圆角处存在细微裂纹（图9），浸蚀后观察，该裂纹沿晶扩展（图10），这与断口源区扫描电镜下观察到的沿晶断裂特征（图3）完全吻合。
在裂纹周围也未发现非金属夹杂物聚集和沉淀相析出。
图9 断裂螺钉圆角处的裂纹50× 图10 图9裂纹浸蚀后的放大形貌500×螺母牙顶形成双峰（图8C），这也是搓丝工艺不当所形成的。
双峰鞍部形成的不规则尖缺口将对随后的热处理及使用均将产生不利影响。
图11为螺钉渗碳层的低倍形貌及渗层组织，渗碳层为回火屈氏体。
断裂与未断裂螺钉的芯部组织均为板条马氏体，未断螺钉的马氏体板条更粗大些（图12）。
25× 100×图11 螺钉渗碳层形貌及组织a断裂螺钉 b未断螺钉图12 螺钉的芯部组织500×图13为螺母的渗碳层组织，断裂与未断裂螺母的渗碳层组织相同，均系回火屈氏体。
断裂螺母与未断裂螺母的芯部组织则完全不同（图14）。
图13 螺母的渗碳层组织250×a 断裂螺母b 未断螺母图14 螺母的芯部组织 500×断裂螺母芯部组织为绌片状珠光体+铁素体，而未断者为板条马氏体。
这与表1中螺母测定的硬度值完全对应。
6.含氢量分析根据螺钉断口形貌特征及延时断裂特征，加之螺钉经酸洗后镀锌，怀疑有渗H2现象[1]。
聚醚部地脚螺栓断裂失效分析
３ 脚 螺 栓 周 围环境 和 断 裂 现 场 分 析可 知 ，聚醚 中间体反应 釜工作 时 ，反应 釜 内部 物料 的
劳断裂 失效 。这 一结论 可通过 电镜扫描 断 口分 析结 果得 到验证 ，电镜扫描 结果表 明 ，裂 纹开裂于 螺栓
裂的地脚螺栓进行失效分析 。 纹 源处 ，如箭头 所示 ，裂纹随 即逐 渐呈扇 形 向前方 和 四周扩 展最后 断裂 。如 图１ 所 示 ，断 口平齐 无 和２ 塑性变 形 ，为典型 的横 向脆性断 裂 ；断 口已严 重氧 该反应 釜是 聚醚部 生产聚 醚 中间体 的装置 ，反 应 釜地 脚以上高约４ ，直径约为４５ ，整个反应 釜 米 ．米 化 ，呈红褐 色。
（）在适 当时机对螺栓进 行检查 ，更换有缺陷的 １
螺栓
３２ 地脚螺栓组织不均匀 。存在缺陷 ．
化学分析 结果表 明 ，断 裂螺栓 的材 质有害元 素ｓ
（）建议对螺栓采用调质热处理 。 ２
Ｔ０１ － ＣＯＲＲＯＳｌ ＡＬ ＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＶＯ ２６ Ｎｏ． ＡＰＲ． Ｌ＿ ４ ２０１ ２
试验 ，结果 表 明近 边缘部 位的硬 度较高 ，心部部 位 地 脚螺栓构 成 了交 变的拉 伸应 力 ，与预 紧应 力共同 的硬度低一些 。结果见表３ 。 作 用下 ，在 地脚螺 栓组织 夹杂 、不均 匀部 位形成 集
表３ 硬度试验结果 （ Ｒ Ｈ Ｃ）
中应 力并 萌生微 裂纹 ，随 着时 间的延长 ，在交 变应 力的作 用下 ，这 种微 裂纹在螺 栓内部逐 渐扩展 ，最
…
ｅ Ｅ
图
聚醚部地脚螺栓断裂失效分析
王 颖 （ 中国石 化股份有 限公 司天津分公 司，天津 ３ ０ ７ ） ０２ １ 摘 要 ：某聚醚 中间体反应 釜地脚 螺栓 断裂，本文分析 了地脚螺栓 断裂的原 因 ，并提 出 了相
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。
曲轴皮带轮螺栓断裂失效分析
偏离 轴 心线将 受 到更大 的剪 切力 ， 断裂 风 险更加 高 。 ２ ） 制造 （ 产 品） 缺陷 ， 螺 栓 缺 陷 以及 整 个 连 接 副
４ 结 论 和 建 议
通过以上分析 ， 且该螺栓 的断裂仅是个例 ， 导致
的其他零件缺陷。
从前面的故 障件以及 留样件分析 ，螺栓在性 能 螺栓疲劳断裂的可能原因的真正本 质原 因无法完全 和 结构 上 没有 问题 ， 可 以排 除螺 栓 缺 陷。由于本 连接 确 认 ，真 正 的 断裂 原 因还需 要 设计 大量 的试验 和验 副 需 要 大 的摩 擦 力 来 确 保 在 工 作 中 连 接 不会 松 动 ， 证。 针对该螺栓建议措施 ： 交待各地维修中心 ， 车返 回 在 运 动 中维持 一 定 的预 紧 力 最关 键 是要 减 少 来 自垂 ４ Ｓ店 保养 时 检查 扭 矩 ，检 查装 配 现场 避 免装 配 完 毕 直轴向的力 ， 如果连接副在安装结束就处于弯曲， 运 后敲打连接副。撰写此文 ， 主要探讨断裂螺栓的失效 动 中将会 受 到 更 大 的剪 力 。进一 步 检测 与螺 栓 连接 分 析方法 ， 以及提 出一些 设计 验证 中的注 意事项 。 的螺 母 孔垂 直 度 和平 行 度 及 螺纹 精 度 ，也 满 足 图 纸
螺栓法兰连接结构的失效分析及优化设计
螺栓法兰连接结构的失效分析及优化设计螺栓法兰连接结构在各种机械设备、管道系统和建筑结构中有着广泛的应用，大大提高了任务的效率和质量。
然而，螺栓法兰连接结构的失效是避免不了的，它会造成紧固件的损坏，以及大的金钱损失和安全隐患。
本文旨在分析螺栓法兰连接结构的失效机制，并给出优化设计的建议，以减少损失和安全风险。
1、失效机制分析螺栓法兰连接结构的失效机制可概括为三类：强度失效、配合失效和寿命失效。
（1）强度失效。
这类失效是由于螺栓法兰连接结构承受的结构应力过大，从而导致紧固件损坏。
这类失效的原因包括设计不当、材料老化、焊缝损坏等。
（2）配合失效。
这类失效是由于螺栓法兰连接结构的连接面偏差过大，从而导致紧固件失效。
这类失效的原因包括螺栓法兰连接结构的加工误差、螺栓法兰连接结构的安装不当等。
（3）寿命失效。
这类失效是由于螺栓法兰连接结构在正常使用期间久放而使紧固件损坏。
这类失效常见于螺栓法兰连接结构不能正常维护和维修的情况。
2、优化设计（1）优化设计方案。
为了减少螺栓法兰连接结构的失效，应当采取以下措施：A.用超过结构要求强度的螺栓法兰连接结构，以提高其强度和韧性；B.强对螺栓法兰连接结构加工调整，以提高其配合精度；C.强螺栓法兰连接结构的维护和维修，以延长其使用寿命；（2）新型螺栓法兰连接结构研发。
为了更好地解决螺栓法兰连接结构的失效问题，应当开发新型螺栓法兰连接结构，这类新型螺栓法兰连接结构应当具备以下特点：A.构设计合理，能够有效承受结构荷载；B.接面配合精度高，使紧固件能够达到最大的紧固效果；C.料耐腐蚀性强，使紧固件能够耐久使用；D.于连接和维护，提高结构使用寿命。
3、总结通过对螺栓法兰连接结构的失效机制分析和优化设计，可以提高螺栓法兰连接结构的可靠性，减少损失和安全风险，进而提高工程的效率和质量。
此外，为了减少失效，还应当开发新型螺栓法兰连接结构，使其更好地满足工程的需求。
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）。
螺栓早期失效原因分析与防范
螺栓早期失效原因分析与防范螺栓连接是机械零部件之间最广泛的联接方式之一，它广泛应用于工程机械、汽车、船舶、航天、化工、水利等各个领域，也是用量最大的标准件。
它的失效小则影响机器设备的使用功能，大则造成安全事故。
影响螺栓失效的因素有服役载荷、环境温度、环境介质，以及螺栓的本身质量性能；本文仅就螺栓本身质量造成早期失效的原因进行分析。
一、早期失效原因造成螺栓早期断裂原因主要有4个，它们往往又纠缠在一起，从而加剧进一步恶化螺栓性能，使得螺栓失效。
1、材料缺陷：材料表面皮下气孔是钢锭或钢坯的常见缺陷之一，在材料轧制和冷拔过程中表面皮下气孔被拉长，形成了表面微小裂纹（称为发纹），在螺栓制造过程中（冷镦、热处理）发生开裂造成废品，也可能在螺栓服役中发生断裂，造成失效。
皮下气孔低倍氢致裂纹断口扫描电镜2、氢致裂纹：也称延迟断裂，也是造成螺栓失效原因之一，螺栓制造过程中，需要热处理、酸洗和电镀，热处理介质中的氢、酸洗电镀液里的氢，扩散到螺栓金属材料中，富集在材料显微缺陷处，造成了显微缺陷处应力集中，增加材料的脆性，在外部应力作用下螺栓发生断裂。
3、热处理：热处理不当也是螺栓失效原因之一，淬火过程容易产生微裂纹，微裂纹就成为应力集中点，在高级别的螺栓中，屈强比高，塑性储备不足，微裂纹扩展快，造成了早期失效。
有些企业为了节约成本，省掉了消除应力回火工序，使得螺栓材料残余内应力（冷镦、淬火造成的）过大，往往在使用过程中突然断裂，断在螺栓头与螺杆的连接处。
淬火裂纹颈部圆角4、成型缺陷螺栓成型过程：螺栓头与螺杆连接处（螺颈）圆角成形不良、螺纹根部加工粗糙度精度低存在刀痕等，都会造成应力集中同时也是一个微裂纹，容易导致螺栓早期失效。
二、防范措施采用连铸连轧生产的盘条，是解决材料表面皮下气孔的基本办法；钢坯剥皮处理也是一个办法，不过加工量大，成本增加较多；真空精炼也是减少钢坯表面皮下气孔的有效办法。
解决氢致裂纹大都采用去氢处理工艺，在真空炉中或热油中加热2小时，让材料中的扩展氢逸出，从而消除氢致裂纹。
超高强度螺栓断裂失效分析
超高强度螺栓断裂失效分析摘要：螺栓作为重要的紧固件，其失效事故较多，危害极大。
其中，螺栓氢脆断裂是一种常见的失效模式。
由于氢脆主要与批次问题有关，因此危害更大。
螺纹连接是发动机部件之间最常用的连接，约占发动机连接的70%。
螺栓的应力特性决定了它是发动机的薄弱部分。
因此，连杆螺栓的失效分析和预防非常重要。
对超高强度螺栓的断裂失效进行了分析。
关键词：超高强度螺栓；断裂破坏；氢脆超高强度螺栓是经过铆接和焊接而发展起来的一种钢结构连接形式。
它具有结构简单、可拆卸、承载力大、抗疲劳、安全等优点。
因此，高强螺栓连接已发展成为工程安装的主要手段。
1例分析某轴承上使用了某种类型的高强度螺栓，其强度要求非常高。
经过5个月的生产检验合格后，发现部分螺栓螺纹处相继断裂。
该类高强螺栓为铰孔螺栓（螺纹长95mm），材质为35CrMnSiA钢，规格为M56，螺纹长235mm，强度要求符合gb/t3077-1999。
制造工艺如下：坯料电渣重熔→预处理→超声波探伤→粗加工（单边余量3～5mm）→淬火和回火处理（950℃淬火、630℃回火）→半精加工→淬火热处理（淬火温度900℃，310℃回火）→机械性能检查→完成→磁粉探伤（含螺纹）→表面油漆保护→装配目前，无损检测方法无法检测出螺栓内部0.2mm以下的微裂纹。
通过金相检验、氢含量检验和断口扫描电镜分析，对断裂的螺栓和未断裂的随机试样进行了检验，并分析了断裂原因。
2实验方法和结果2.1受试者。
试验对象为2个此类螺栓，包括断裂的铰制螺栓和1个相应的相同类型的未断裂螺栓。
2.2外观检查。
目测第一螺纹段铰制螺栓断口齐平，无塑性变形，断口垂直于轴线，为一次性脆性断裂。
断口附近有明显的腐蚀痕迹。
2.3化学成分分析。
对两个螺栓样品的化学成分进行了测试和分析。
结果表明，两个螺栓的化学成分均符合标准。
2.4氢含量检测。
对断裂铰孔螺栓和未断裂铰孔螺栓的光杆边缘、r/2和芯部进行了氢含量检测。
断裂和未断裂螺栓的光杆边缘和芯部的检测结果基本相同，r/2处的检测结果差异较大，分别为2.0×10-6和0.6×10-62.5断裂分析。
螺栓断裂断口分析
电机驱动
10
零件名称：焊接螺栓
材质： Q235
供应商： 无信息
2.初步实验结论：
对断口进行金相和扫描电镜观察，判断是一个应力腐蚀导致断裂的失效，是一个长期积累的过程。 金相观察发现，失效螺栓表面以及断口部分区域发生了较为严重的腐蚀。同时可以观察到断口面 裂纹由外部向内部扩展的现象，在应力（主要拉应力）和腐蚀的双重作用下，导致了焊接螺栓的 失效。
严重腐蚀痕迹，因此腐蚀已经长期存在于褐色区域。而白色区域对应的是断裂过程中新产生
的瞬断面。
2.断面可以发现很多裂纹，这是由于应力以及腐蚀对材料本身造成破坏形成的。属于典型的应
力腐蚀特征。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
生产问题材料失效分析-焊装一车间螺栓断裂问题分析
4.检验结果：
4.1金相结果-侧面
侧面长期接触磨损
结果分析： 1.螺栓断裂侧面，发现有亮银色金属光泽，同时表面相对平整，判断此处处于长期的硬接触磨 损面。很有可能因为磨损导致此处原有的表防性能，力学性能下降，在此处发生腐蚀最容易 入侵螺栓内部，造成最终实效。 2.侧面可以观察到肉眼可见裂纹。
结果分析： 1.断口腐蚀区域的成分（左图）。主要的成分是的Fe的氧化物，即Fe的腐蚀产物。
2.断口瞬断区域的成分（右图）。主要成分为Fe，此处未发生氧化腐蚀。
7
生产问题材料失效分析-焊装一车间螺栓断裂问题分析
4.检验结果：
4.4表面腐蚀观察
2.断裂起源：由外向内的应力腐蚀
未腐蚀区域 X10倍
腐蚀区域 X10倍
生产问题材料失效分析-螺栓断裂问题分析
螺栓断裂分析
1
生产问题材料失效分析-螺栓断裂问题分析
1.问题描述：
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失效分析概述
在具体讲述螺纹紧固件失效分析案例以前，先对失效分析的定义、意义、目的；失效的来源；失效分析的思路与方法；断口分析和名词术语等做一简单叙述。
1.失效定义
一个零件或部件不能履行设计赋予它规定的功能，称该零件或部件失效。
它包括以下三内容：
a.完全不能工作；
b.可以工作，但不能令人满意地完成预期的功能；
c.受到严重损伤不能可靠而安全的连续使用，必须拆下来进行修理或更换。
应注意把失效与废品区别开来，前者是在使用过程中出现的，后者是在生产制造过程中产生的。
另外，失效又分为正常失效和非正常失效，达到设计寿命的为正常失效，反之为非正常失效，后者才是通常失效分析工作的主要对象。
2.失效分析的意义、目的
机械产品设计者的主要任务，是为社会提提供质量好、寿命长、成本低的产品。
一种新产品的诞生，开始并不是完美的，多少会存在各种大小不同的问题，这在设计、制造中可能难以发现，往往只有在使用中才能充分暴露。
为此，设计、制造者必须针对产品使用中出现的失效进行仔细分析，找出问题的症结，重新改进设计、制造。
再投入使用，发现问题，再改进，这个循环过程也许要反复进行多次。
因此，失效分析是机械差品的质量由不完善走向完善的必经之路，是机械产品可靠性设计重要的一环。
最近一些年来，委托我们进行失效分析的任务越来越多，这是好事，这并不反应产品质量越来越差，而恰恰反应了生产者、客户对产品高质量的追求。
3.失效的来源
造成失效的来源主要有以下方面：
——设计
——选材
——材料缺陷
——制造工艺（冷加工、热加工、表面处理等等）
——贮存、运输（碰撞、锈蚀…）
——装配（如螺栓拧紧力矩…）
——服役条件（环境温度、受力状态、腐蚀环境、相关件的影响等）
4.失效分析的思路、方法
失效分析也有繁、简之分。
一些零部件的失效在现场很快能确定失效原因这是简单的。
但是对一些大型零部件（如飞机、电站转子…），一些复杂且影响因素很多的零部件的失效分析，则必须组织多专业的科技人员，动用一些专用的检测仪器设备。
进行失效分析时，要做的工作包括（根据分析工作的难易来取舍）：
（
1收集背景资料：失效件的设计图纸、要求；失效件的制造历史；失效件的服役情况、环境、
受力情况…。
2失效件的现场状态：运行记录、询问现场人员、拍照。
3化学成分分析：鉴别材料的选择是否正确。
4）无损探伤：磁粉、超声波、着色、涡流、X射线、γ射线、工业CT…。
5断口分析：保存好失效件的断口，不要受到损伤，不要将两个断口去吻对，断口上的附着物不要忙于清除。
断口的清洗要小心谨慎。
6金相检验：包括低倍与高倍。
7断口电镜分析：扫描电镜，透射电镜，俄歇谱仪，能谱分析等。
8相结构分析：X射线衍射。
9受力分析：光弹，应变片，涂漆，X射线应力测定。
10力学性能测试：硬度，
断裂模拟试验：对一些吃不准的破坏形式，根据受力条件、环境进行模拟重现。
12分析、结论。
5.
断口分析
断裂是机器零件失效最严重的表现形式之一。
对断裂的研究已发展成一门独
立的边缘学科，涉及到断裂力学，断裂物理，断裂化学和断口学等多个分支。
其
中断口存储记录了大量失效特征及失效原因的信息，
因此，
断口分析是失效分析
最基本，也是最重要的方法之一。
尽管如此，在断口上记录的信息毕竟有限，加
之对断口的基本研究仍在深入，
以及在复杂工况条件下断口形貌的变异，
增加了
断口分析的难度和结论的可靠性。
因此绝不能把断口分析和失效分析等同起来，
把断口分析所得出的结论充当零件失效原因的结论。
（
1
）
断口保存
断口不要磕碰，
不要把两个匹配断口用力去吻对，
以免断口形貌失真。
断口
上的一些残留物、污迹往往是失效的证据，不要轻易去除。
比如断口上的油污、
锈迹等往往是裂纹产生在热处理前或后的判据。
待分析的断口要用干净的纸、
包好，防潮，以免锈蚀。
（
2
）
存在多个断口时，对每个断口的位置要标明，编号，照相留存。
（
3
）
断口清洗
当对断口要进行清洗时，可用酒精、丙酮等清洗；不干胶带反复粘贴；电镜薄膜粘贴；超声波清洗。
当断口污染、锈迹严重时，可用化学方法清洗；呈弱酸性的溶液，碱液清洗
（如醋酸，磷酸，稀氢氧化钠溶液，
10%
～
20%
的草酸等）。
清洗完后，用酒精淋洗，吹干后便于观察或置于干燥箱中保存。
（
4
）
二次断口的打开
有时断口受到严重损坏，
断裂细节观察不到，
此时可将次生裂纹处打开进行
观察，往往可以更加真实地反映断裂的细节。
此时，应将断裂处反响折断，以防
断口受到挤擦损伤，有时可将试样深冷处理（如液氮）
，使材料脆化，便于折断。
（
5
）
配对断口的提供。
有时单个断口不能反映断裂的力学特征，
对配对断口进行观察比比对便可得
出结论，
如张开型断裂，
扭转剪切型断裂，
从韧窝的相对变形方向便可判断受力
性质（图
1
）。
为了对断裂性质作初步定性分析，
在肉眼观察零件的实际断口时，
主要从以
下几个方面入手：
（
1
）
观察断口是否存在放射花样或人字纹，人字纹的顶点就是裂纹源的位置。
根据放射区和纤维区面积的相对大小，
可以大致定性估计断裂性质。
放射
区大，所受外力就大，脆性也就越大。
（
2
）
断口上是否存在弧形线，如有海滩状弧线，说明是疲劳破断。
（
3
）
断口的粗糙程度，断口越糙，表明韧性纤维断裂所占比重越大。
反之，断口细平，多光泽，则解理脆性断裂所占比重大。
（
）
断口颜色，断口灰暗，塑性大。
（
8
）
疲劳断裂
在全部结构零件的破坏中，
疲劳断裂占绝大多数，
因此引起人们的特别关注。
疲劳是在周期交变应力作用下产生的一种突发破坏形式，
在静载荷条件下不
存在疲劳。
疲劳的抗力指标是疲劳极限
σ
r。
通常低于材料的屈服极限。
疲劳断裂，
在宏观上没有显著的塑性变形，
从这个意义上说，
疲劳破断属于
脆性断裂。
疲劳断口大体上可分成三个区：
裂纹源区；
裂纹扩展区；
裂纹快速扩展区
（瞬
断区）和剪切唇（图
7
）。
疲劳源区：一个光滑、细腻的细小区域，由于受交变应力的作用，裂纹两侧因反复挤压而变得平坦、光滑。
裂纹扩展区：该区的最大特点是有疲劳弧线（又称贝壳花样或海滩花样）
，
这是裂纹扩展中的停顿或应力大小变化时，
裂纹前沿线所留下的痕迹。
该区的微
观形貌是存在疲劳辉纹（图
8
）
，这是一些相互平行的条带，每一个条带对应一
次应力循环。
瞬断区：
疲劳裂纹扩展至一定深度后，
零件的剩余截面积不足以抵抗外力的
作用而产生瞬时破断。
该区的特征是放射条带和剪切唇。