超高强度螺栓断裂失效分析
高强度螺栓钢延迟断裂分析
高强度螺栓钢延迟断裂分析西宁特钢技术资料高强度螺栓钢延迟断裂分析一、高强度螺栓在实际运行中的受力情况及其性能要求螺栓在各种机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。
螺栓在安装时需要预先拧紧，因此都需要承受静拉伸载荷。
预紧力越大，连接强度和紧固、密封性就越大。
除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸(交变)载荷、横向剪切(交变)载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还受到冲击载荷的作用。
通常情况下，附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。
因此，在应用高强度螺栓时，对材料成分、冶金螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的技术要求。
一般来讲，高质量、强度螺栓及其用钢应满足以下要求:(1) 高的抗拉强度，以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损。
(2) 较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。
(3) 对于在海边、河边、油田等潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求螺栓材料具有足够低的延迟断裂敏感性，以保证螺栓工作时安全可靠。
(4) 对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓，要求具有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力，以抵抗疲劳、多冲断裂。
(5) 对于在严寒地区或低温下工作的螺栓，还要求具有低的韧-脆转化温度。
(6) 中小直径螺栓往往多采用冷镦成形螺栓头和搓(滚)丝生产工艺，这就要求材料具有良好的冷镦等冷加工工艺性能。
二、高强度螺栓钢的延迟断裂及特征钢的回火马氏体组织具有良好的强度和韧性配合，而且还可以通过调整碳和合金元素等添加元素的种类、数量和热处理工艺而控制其强度，因此在合金钢中得到了十分广泛的应用。
然而回火马氏体钢在自然环境下易发生延迟断裂，且延迟断裂敏感性随着强度的提高而增大。
同时，高强度螺栓属于缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位如杆与头部的过度处或螺纹根部产生延迟断裂。
12.9级高强度螺栓断裂原因分析
~测试与分析-12. 9级高强度螺栓断裂原因分析焦丽1,赵英军1,张伟民2，孙晓东1，周兰梅1(1.河北华北柴油机有限责任公司，河北石家庄050081;2.陆军装备部驻北京地区军事代表局驻石家庄地区第三军事代表室，河北石家庄050081 )摘要：柴油机12.9级高强度螺栓材料为42C r M 〇钢，在紧固过程中发生断裂。
对断裂的螺栓进行了宏观 检验、化学成分分析、锻造纤维流线检验和金相检验，并检查了螺栓的加工工艺，以揭示其断裂的原 因。
结果表明：螺栓在镦锻过程中，头-杆结合部产生了裂纹，大大减小了螺栓的有效承载面积，在 紧固力的作用下发生断裂。
检查发现，螺栓有因热处理不当而产生的脱碳，但这不是造成螺栓断裂 的原因。
关键词：高强度螺栓;镦锻；断裂中图分类号:T G 157文献标志码：A文章编号：1008-丨690(2020)04-0042-04Analysis on Fracturing of 12.9 Grade High-strength BoltJIAO Li' , ZHAO Yingjun 1 , ZHANG Weimin2, SUN Xiaodong' , ZHOU Lanmei 1(1. H e b e i H u a b e i Diesel E n g i n e Co., Ltd., Shijiazhuang 050081 , H e b e i C h i n a ；2. 3th Military Representative Office in Shijiazhuang Reg io n of Military Representative B u r e a uof the A r m y A r m a m e n t D ep a r t m e n t in Beijing, Shijiazhuang 050081 , H e b e i China)Abstract ： T h e 12.9 grade high-strength bolts of diesel engine, m a d e from 42C r M o steel, fractured in the processof fastening. T h e fractured bolt w a s tested for macroscopic a p p e a r a n c e , chemical c omposition, forged fibre flow a n d microstructure, a n d its work i ng process also w a s c h e c k e d , to discover the reason w h y i t fracturing. T h e results s h o w e d that crack e m a n a t e d from head-rod joint of the bolt during upsetting. A s a result, effective load-bearing area of the bolt w a s considerably reduced, thus fracturing under the action of fastening force. It w a s revealed from the examination that the bolt exhibited decarburization du e to the fault in heat treatment but this is not the cause of the bolt fracturing.Key words ： high-strength bolt ； upsetting ； fracturing〇引言螺栓是普遍使用的紧固件，常被称为工业之 米[|]。
M10高强度螺栓开裂原因分析
M10高强度螺栓开裂原因分析发布时间：2021-03-04T10:49:06.307Z 来源：《科学与技术》2020年10月29期作者：陈孝程[导读] 公司使用的M10等级为12.9的高强度螺栓，在使用过程中出现开裂。
陈孝程中石化长输油气管道检测有限公司江苏徐州 221008摘要：公司使用的M10等级为12.9的高强度螺栓，在使用过程中出现开裂。
该螺栓材料为35CrMo，调质处理后发现表面发黑，硬度要求为39~44HRC。
现对螺栓的开裂原因进行理化分析，主要目的是提高产品质量，避免此类问题再次发生。
关键词：螺栓；开裂；化学分析；力学性能；夹杂物1 理化分析1.1 断口形貌宏观分析图1为螺栓开裂位置图，从图中可以看出开裂位置位于螺栓的螺纹段。
图2为部分开裂的螺栓，从图中可以看出螺栓开裂的位置不同，但均处于螺纹段，且在螺纹根部开裂。
图3为开裂螺栓形成的断口图，从图中可以看出断口与螺栓轴线基本垂直，断口表面无明显塑性变形，属宏观脆性断裂。
断口分为两部分，其中A区域较平整，其上可以观察到放射线，根据放射线特征，可判断该断口的裂纹源为A区域的螺纹根部，裂纹源产生后裂纹想内扩展的同时，裂纹源在螺纹根部沿逆时针方向扩展，断裂面上升；裂纹源在螺纹根部沿顺时针方向扩展，断裂面下降；最后两断裂面在B区域相遇，形成凸凹不平的区域，故断口表面B区域起伏较大，为最后断裂区。
1.2 化学成分测试检测人员利用移动式直读光谱仪进行检测，首先在螺栓中心部位取样，取样过程确保样品均匀、无气孔、夹渣、开裂等现象，清除样品表面的回火色和氧化层，去除表面油污、锈蚀，样品表面应有一部分是平整的（大于8cm2），用于火花探针压紧。
利用50#有氧化铝或金刚砂砂纸进行磨平，制备符合检测要求试样，按照GB/T4336-2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法（常规法）》要求，进行光谱化学成分测试（光谱激发点错开裂纹等缺陷处），测试C、Si、Mn、S、P、Ni、Cr、Mo等元素，结果见表1。
12.9级高强度螺栓断裂失效分析
图 １ 断 裂螺 宏 观 形 貌 （ ａ ） 断裂螺栓照 片 ． ６ Ｘ： （ ｈ ）断 【 Ｉ 宏观彤批 ． ： （ １
Ｆｉ ｇ １ Ａ ｐｐ ｃ ａ ｒ ￣ Ｌ Ｉ ］ Ｃ Ｌ ｏ １ ） 、 ｒ ｖａ ｔ ｛ ｏ １ １ ｏｆ ｆ ａｉ ｌ Ｌ Ｉ Ｆ ｔ ｂ ｏｌ ｔ （ １ ） ｐ ｉ ｃ Ｉ Ｌ Ｉ Ｆ （ ，ｏ ｆ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｌ ｝ ｏ ｌ ｔ ． ６Ｘ ： （ １ １ ）ａｐ ｐ ４ Ｊ ａｒ ￣ ｔ ｉ １ “－ ｏ１ ） Ｓ Ｕ Ｉ ＋ Ｖ ￣ ｔ ｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｆ ｒ ａ ￣ ’ ｔ ｕｒ ｅ Ｓ ｕＩ － ｆ ￣ ｔ ｃ ｃ． ９ ｏ Ｘ
貌 分析 ， 判 断断 裂类 型 ； 利用 Ｚ Ｅ Ｉ Ｓ Ｓ － Ｉ ｍａ ｇ ｅ ｒ ． Ａ２ ｍ 型 金 相显 微镜 ， 对 螺 栓 靠 近 断 裂 位 置 的 基 材 进 行 夹 杂
物 及金 相组 织 分析 ； 利用德国 Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ ＴＲ Ｏ－ ＭＡＸ ｘ型
业 上肩 负 重要任 务 ， 只要 地球 上存 在着 工业 ， 则 螺 栓
表 面脏 污吹 干 净． 使 用 ＶＨＸ － ６ ０ ０ Ｅ型 ３ Ｄ光 学 显 微
（ ｂ ） ） ， 螺栓 断 口比较 平 齐 ， 无 明显 塑 性 变 形 特 征 ， 断 面 带有 放射 性 图样 ， 裂 纹 源 位 于 螺栓 边缘 处 且 裂 纹
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７ － ０ ４ — ２ ０
Байду номын сангаас
作者简介 ： 李珍（ １ ９ ８ ６ － ） ， 女， 河 南 新 乡人 ， 硕士 ， 工 程 师
源 与扩 展 【 ｘ 均仃 褐 的 物 仔 ． 这 足ｆ ｝ ｒ ｒ 减 速
高强度螺栓断裂分析-扭矩过大
记录号：JS-AL-紧固件-023
高强度螺栓断裂分析
摘要：由 30CrMnSi 制造的高强度螺栓，经调质处理，在安装时发生断裂。分析结果表明： 螺栓断裂是由于外应力过载引起的超载断裂。
中关键词：高强度螺栓；超载断裂 材料种类/牌号：合金结构钢/30CrMnSi 概述 国由30CrMnSi制造的高强度螺栓，经调质处理，在安装时发生断裂。 测试过程与结果 断口分析 应 断口宏观形貌属纤维状断口，如图1所示，由纤维状分布形态可判断螺栓为扭力作用下 引起的断裂。
急 分 析 网
图1 螺栓断口宏观形貌，纤维状条纹由螺纹根部区发散，条纹呈弧形弯曲， 说明主要是在超载扭转应力作用下引起的断裂。
扫描电镜观察断口属韧窝型断裂，如图2所示。由于材料强度较高，断裂时速度较快， 在某些部位出现准解理断裂，如图3 所示。
1
中 国 应 急 图2 螺栓断口扫描电镜形貌，略带方向性的韧窝，由于螺栓材料强度较高，
故韧窝较小。
分 析 网
图3 螺栓断口微观形貌以韧窝为主，局部有少量的准解理断裂，这是由于螺栓材 料强度较高及断裂时外应力较高所致。这些特征均为外应力过载造成的断裂 特征。
金相检验 金相检验显微组织为回火索氏体，组织正常。
结论
2
分析结果表明螺栓断裂是由于外应力过载引起的超载断裂。
参考文献
[1]黄振东.钢铁金相图谱.北京：中国科技文化出版社，2005，1258-1259 页.
中资料整理人：王冬梅 审核人： 吴伯群
国家钢铁材料测试中心 国家钢铁材料测试中心
国
应急分析网 Nhomakorabea3
40Cr高强螺栓断裂分析
螺栓材料的化学成分符合规定要求，螺栓的组织不是正常的调质组织，材料的硬度也偏
低。
主要分析人员及单位
朱衍勇 教授级高工 钢铁研究总院
董毅 工程师
钢铁研究总院
资料整理人：王冬梅 国家钢铁材料测试中心 审核人： 吴伯群 国家钢铁材料测试中心
网 理断口呈片层状、羽毛状和细条状，在高倍下看出，微观断面上的片层撕裂棱边缘发生轻微
的圆钝化，具有开裂后又受到热影响的痕迹，这是钢中白点缺陷的断口微观特征。
2
中
国
缺陷区断口形态
应
急
分 缺陷区混合断口
析
网
断口受到热影响表面轻微的圆钝化 图 2 断裂源区微观形态
在裂纹源区的边缘断口中可以观察到有韧窝状断口，如图 3，这是在被钝化的初始裂纹 的基础上发生裂纹扩展形成的伸张区断口特征。伸张区断口的外侧为裂纹快速扩展形成的解 理断口，如图 4，解理断裂是一种穿晶脆性断裂。与裂纹源与扩展区之间过渡观察到伸张区 韧窝断口带形成鲜明的对比。断口上也没有看到疲劳的痕迹。由此可以断定，螺栓断口是在
记录号：JS-AL-紧固件-015
40Cr 高强螺栓断裂原因分析
摘要：某螺栓设计安装公称预紧拉力 450 吨，在安装过程中拉力达到 120 吨左右时突然断裂。
中对断裂螺栓试样进行化学成分分析、断口分析、无损检测、金相组织分析及硬度测试，结果 表明：该螺栓属于一次性正应力载荷作用下的脆性断裂，螺栓材料内部存在较大尺寸的具有 裂纹性质的白点缺陷是造成螺栓在远未达到设计要求的载荷下发生脆性断裂的主要原因。
断裂源位置和裂纹扩展的方向如图中箭头所示。断裂源位于偏离中心约 1/3 半径的位置，源
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。
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。
螺栓断裂分析报告
螺栓断裂分析报告一、引言螺栓是一种常见的连接元件，在机械设备和结构工程中得到广泛应用。
然而，螺栓在使用中可能会发生断裂，给机械设备和结构的安全运行带来隐患。
本报告旨在对螺栓断裂进行分析，并提供解决方案，以确保设备和结构的安全性。
二、螺栓断裂原因分析1.质量问题：螺栓断裂可能是由于螺栓本身存在质量问题所致，如材料强度不符合标准、制造工艺不良等。
为此，应关注螺栓的采购渠道和制造工艺，并严格按照相关标准进行选择和检测。
3.腐蚀问题：腐蚀是导致螺栓断裂的常见原因之一、在潮湿、酸性或碱性环境中，螺栓易受到腐蚀，使其材料的强度降低。
因此，在腐蚀环境中应选择抗腐蚀性能良好的螺栓材料，并进行定期维护保养。
4.紧固力不均匀：不正确的紧固力分布可能导致螺栓在负载过程中承受不均匀的力，从而引发断裂。
在安装过程中，应根据设备或结构的要求，采用正确的紧固力分布方案，并进行定期检查和调整。
三、螺栓断裂的解决方案1.优化选材：根据设备或结构的负荷、工作环境等要求，选择合适的螺栓材料。
关注材料的强度、韧性、抗腐蚀性等指标，并遵循标准进行选材。
2.合理设计螺栓连接：根据实际负荷情况和工作要求，合理选用螺栓的规格、数量和布置方式，并确保紧固力的均匀分布。
在设计过程中，可以借助有限元分析等工具来验证螺栓连接的安全性。
3.定期检查和维护：对于暴露在恶劣环境中的螺栓，应定期进行检查和维护，特别是针对腐蚀环境。
清洁螺栓表面，涂覆抗腐蚀涂层，必要时更换受损螺栓，以延长其使用寿命。
4.强化管理和培训：通过建立规范的螺栓管理制度和培训机制，提高操作人员的专业水平，加强螺栓使用和维护的知识宣传，以减少螺栓断裂的发生。
四、结论螺栓断裂是机械设备和结构工程中常见的问题，但可以通过合理选材、优化设计、定期维护和加强管理来减少其发生。
对于已经断裂的螺栓，应及时进行更换，并对其断裂原因进行调查分析，以避免类似问题再次发生。
通过以上措施的综合应用，能够提高螺栓连接的安全性和可靠性，保证设备和结构的正常运行。
高强度螺栓低温脆性断裂及冲击韧性分析
高强度螺栓低温脆性断裂及冲击韧性分析随着科学技术的进步，对钢材脆性研究逐渐增多，并取得一定成就，在民用、工业施工中得到广泛应用。
然而，低温、高压等环境是影响高强度螺栓的重要因素，易导致高强度螺栓发生脆性断裂，造成巨大损失。
一、高强度螺栓脆性断裂的分类高强度螺栓脆性断裂主要分为以下几种类型：第一，过载断裂：导致过载断裂的原因主要在于过载，致使螺栓强度不够。
2100m/s是其断裂发生时的基本速率，易造成严重影响，该种断裂形式主要出现于10.9级和12.9级钢结构高强度螺栓产品中。
第二，非过载断裂：受到材料以及低温的影响，引起的断裂现象，主要出现于屈强性高、塑性好的高强度螺栓。
第三，应力腐蚀断裂：受到腐蚀性环境的影响，致使其所承受的静力或准静力荷载低于屈服极限应力，导致其发生断裂。
二、高强度螺栓脆性断裂的技术要素高强度螺栓脆性断裂的技术要素主要分为当前质量、潜在质量以及最终质量。
首先，当前质量：当前质量主要涉及的内容包括变形抗力、开裂程度以及钢材质量等。
其次，潜在质量：潜在质量必须以当前质量为依据，科学、合理配置合金元素，有效开发镦锻前后热处理工序的相关工作，达到提升钢材性能的目的。
最后，最终质量：指高强度螺栓以及螺栓制品最终需达到的质量标准，提高抗拉强度，避免出现拉长、拉断以及滑扣等问题的发生。
三、材料与韧性的关系镦锻成型是螺栓较常应用的工艺，包括温锻、冷镦以及车削加工等环节，具有涉及面广、批量大等特点。
冲击韧度主要用于表示材料韧性大小，化学成分和纤维组织以及材料冶金质量其决定因素，易受环境温度和缺口状况影响。
（一）材料与冲击韧度碳元素是影响冲击韧度的关键因素，如果强度水平一致，低碳合金钢的断裂韧性明显高于中碳合金钢。
例如，20MnTiB与40CrNiMo，将两者均处理成10.9级螺栓，其在强度相近的情况下，20MnTiB的断裂韧性为113MN/m2/3，40CrNiMo的断裂韧性为78MN/m2/3，而对于冲击功而言，40CrNiMo比20MnTiB高20至45J左右。
高强度螺栓断裂研究分析
高强度螺栓断裂分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：高强度螺栓断裂分析作者：上海交通大学曾振鹏摘要: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×(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(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。
12.9级高强度螺栓断裂分析
摘 要:针对4根断裂螺栓进行了设计检查和实物细节检查，采用化学成分分析、硬度检测及金相检验等方法,对螺栓断裂的
原因进行了分析。结果表明，由于关键零件安装尺寸累计超差过大，降低了风电偏航减速机传动精度，致减速机行星架绕回
转轴线产生偏心运动，加上减速机频繁受到变载荷的冲击，导
用过程中发生了螺栓断裂失效。
关键词：12.0级强度；高强度螺栓；断裂分析；偏航减速机
中图分类号：TG113.03
文献标志码：A
文章编号：229/ -6646(2219)06 -0542 -06
Analysis of 12.9 grade high strength bolt fracture
Cnl Junkang
(Jiangsu Shinri Geer Systems Co. ,Ltd. Changzhon 213000)
图3结构示意图 Fig. 3 Structural sketch
偏航减速机工作时，低速级行星架和输出轴通
过花键副传递载荷,4根 螺栓M12 x 33承担两
者
用，只承受拉伸载荷。
件（轴、齿
轮及轴承等）自身质量为144炮,受力约1 480 N,由 4根螺栓承受，若螺栓受力均等，则单根螺栓承受约 370 N。
3meascremenuoftopwidthofinternesspline测量结果看垫块上压痕宽度大于行星架花键齿顶的宽度可断两零件过相对o25检测内齿圈和箱体配合直径齿圈和箱口配合及齿圈径向跳动公差f检测结果见表5o表5配合直径和齿圈ff检查表table5checklistoffittingdiameterandringffmm项目图纸尺寸实际尺寸超差内齿圈安装止口孔径0370?00709500375
失效分析
Ａｂｓｔｒａｃｔ：２０ＭｎＴｉＢ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｏｌｔ ｗａｓ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ａｆｔｅｒ ２４ ｈｏｕｒｓ ｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｅｏｐｒ， ＳＥＭ，ＥＤＡＸ，ｈａｒｄｏｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｎｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｅｄ ｂｏｌｔ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａ— ｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｏｌｔ ｅｘｉｓｔｅｄ ｃｒａｃｋｓ ｂｅｆｏｒｅ ｕｓｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｒａｃｋｓ ｌｅｄ ｔｏ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ＳＯ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍｏｖｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｔｏｐ ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈｅｄ．Ｗｉｔｈ ｌｏｃａｌ ｉｎｃｅｒｅａｓｅ ｉｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｔｈｅｒｅ ＯＣ— ｃｕｒｅｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｄｕｃｔｉｌｅ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｉｎ ｂｏｌｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｏｌｔ；ｃｒａｃｋｓ；ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｄｕｃｔｉｌｅ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ
表３慢应变拉伸性能测试结果
１’ａｈｉｅ ３ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｎｌｔ ｏｆ ｓｌｏｗ ｓｔｒａｉｎ ｔｅｎｓｉｏｎ
万方数据
５２
物理测试
第２６卷
图４断口处的显微组织 Ｆｉｇ．４ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ
图６断口形貌 Ｆｉｇ．６ ＳＥＭ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ
图５螺纹根部裂纹形貌 Ｆｉｇ．５ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｔ ｒｏｏｔ ｏｆ ｓｃｒｅｗ
35CrMo螺栓断裂分析
１ 理化检验
１.１ 宏观断口分析
螺栓断裂均发生在螺纹根部，断口宏观特征 基本相同，呈暗灰色，断面干净整洁无明显锈蚀。 通过进一步仔细观察发现该断口分为３个明显的 区域，如图２所示，Ａ区为裂纹源区；Ｂ区为裂 纹扩展区，面积较大且较平整，有明显的疲劳弧 线；Ｃ区为瞬间断裂区，面积较小且断面较粗糙。 根据现有研究成果可知，该断口的形貌为典型的 疲劳断口形貌，结合其受力状态，可初步判定该 螺栓的断裂类型为低应力疲劳断裂。
（2）经裂纹宏观与微观形貌观察，发现几乎每个螺纹牙底都分布着细长的 热处理裂纹。裂纹开口端较宽，尾部细长曲折，呈沿晶断裂，为典型的热处 理裂纹形貌。
（3）另外发现螺纹表面不光滑，主要是由于螺栓的滚压工艺不当，造成了 折叠、起皮等缺陷所致。
３ 结论
３５ＣｒＭｏ螺栓的断工艺不当，造成了大量的裂纹和缺陷， 这些裂纹和缺陷存在很大的应力集中，成为疲劳裂纹源，在循环应 力的作用下裂纹逐渐扩展，最终发生了疲劳断裂。
３５ＣｒＭｏ螺栓断裂分析
徐姚兴
•
通过宏观检验、断口分析、金相 检验、显微硬度测试等方法，对３５ ＣｒＭｏ螺栓断裂的原因 进行了分析。 结果表明：螺栓外侧牙底存在大量热 处理裂纹和滚压过程中造成的折叠， 在动载荷作用下逐渐扩展，最终导致 螺栓发生了疲劳断裂。
图１ 螺栓断裂及试样选取位置
某高速列车上使用的一批３５ＣｒＭｏ高强度螺栓 在使用过程中发生批量断裂，断裂位置为螺栓的螺 纹部 位，且位于距光杆第５～６扣螺纹处，断裂面呈横向断裂， 如图１所示。该螺栓的主要制造工艺为滚压加工后调质处 理。为了避免此类事故的再次发生，对该螺栓进行了理化 检验及断裂原因分析。
图7 螺栓心部的显微组织
另外在螺纹的表面也发现了如图 8所示的不光滑起皮现 象，截取端面研磨后置于光学显微镜下观察，发现在如图 9中箭头所指处的螺纹表面存在大量 折叠缺陷。折叠缺陷 是由于螺纹表层在滚压过程中受到挤压力而产生的重叠层。
35CrMo螺栓断裂分析PPT课件
图5 纵剖面热处理裂纹的未侵蚀形貌
图６ 沿晶热处理裂纹侵蚀后的形貌
１.３ 显微组织及显微硬度检测
螺栓的热处理工艺为调质处理，显 微组织为正常的回火索氏体（图7）， 符合调质处理的显微组织状态。回火索 氏体是马氏体的一种回火组织，是铁 素体与粒状碳化物的混合物，具有良好 的韧性和塑性，同时具有较高的强度和 硬度，具备良好的综合力学性能。对螺 栓心部进行维氏硬度检测，检测结果为 ４１１ＨＶ，符合相关标准中硬度 ＞ ３１８ＨＶ的要求。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
（2）经裂纹宏观与微观形貌观察，发现几乎每个螺纹牙底都分布着细长的 热处理裂纹。裂纹开口端较宽，尾部细长曲折，呈沿晶断裂，为典型的热处 理裂纹形貌。
（3）另外发现螺纹表面不光滑，主要是由于螺栓的滚压工艺不当，造成了 折叠、起皮等缺陷所致。
３ 结论
３５ＣｒＭｏ螺栓的断裂性质为低应力疲劳断裂。该螺栓在制 造过程中由于热处理及滚压工艺不当，造成了大量的裂纹和缺陷， 这些裂纹和缺陷存在很大的应力Байду номын сангаас中，成为疲劳裂纹源，在循环应 力的作用下裂纹逐渐扩展，最终发生了疲劳断裂。
３５ＣｒＭｏ螺栓断裂分析
• 通过宏观检验、断口分析、金相
检验、显微硬度测试等方法，对３５ ＣｒＭｏ螺栓断裂的原因 进行了分析。 结果表明：螺栓外侧牙底存在大量热 处理裂纹和滚压过程中造成的折叠， 在动载荷作用下逐渐扩展，最终导致 螺栓发生了疲劳断裂。
图１ 螺栓断裂及试样选取位置
某高速列车上使用的一批３５ＣｒＭｏ高强度螺栓 在使用过程中发生批量断裂，断裂位置为螺栓的螺 纹部 位，且位于距光杆第５～６扣螺纹处，断裂面呈横向断裂， 如图１所示。该螺栓的主要制造工艺为滚压加工后调质处 理。为了避免此类事故的再次发生，对该螺栓进行了理化 检验及断裂原因分析。
高强度螺栓断裂原因分析
2019年 第10期热加工M材料缺陷aterial Failure9高强度螺栓断裂原因分析■ 王嘉畅，冯文冲，张海兵摘要：针对10.9S 级高强度螺栓失效问题，采用金相检验、化学成分分析和扫描电子显微镜及能谱仪等方法进行分析。
结果表明：由于螺栓材料本身含有的氢在螺栓较大的安装应力下聚集，因此导致氢致延迟开裂，造成螺栓失效。
关键词：高强度螺栓；氢脆；失效据委托方介绍，来样为M20钢结构大六角头螺栓，等级为10.9S ，材质为20MnTiB 。
该螺栓为舞台桁架联接螺栓，舞台于2012年竣工，在2015年12月1日检修时，管理人员发现剧院舞台有螺母掉落。
该舞台桁架用于挂设剧院舞台幕布，由于桁架使用过程中，部分螺栓掉落，2016年3月2日施工单位进行检修并更换了19颗螺栓。
现场采用高强螺栓轴力扭矩复合测试仪对舞台桁架的高强螺栓联接状况进行了检测，发现原有螺栓扭矩及预拉力基本符合规范要求，部分螺栓存在预拉力过大现象，部分螺栓螺杆有变形，无法将螺栓取出。
此外，委托方未能提供螺栓具体生产工艺、现场安装等相关详细信息。
为找到断裂原因，消除安全隐患，笔者对断裂螺栓进行了失效分析。
1. 理化检验（1）宏观分析 对螺栓断口形貌进行观察，如图1、图2所示。
螺栓大六角头部涂有灰色防锈漆，杆部呈黑色，螺栓断裂于距螺杆第2~3牙螺纹牙底，该部位应为螺母紧固界面处，无明显塑性变形。
断口至螺杆间螺纹呈褐黄色，存在明显锈蚀痕迹。
断面起伏较大，高度可达两牙高度，且有些锈蚀。
断面颜色呈黑色和灰色两区域，黑色区域可见明显的放射线条纹，且汇聚于一侧螺牙底部，低倍下放大后可见一些闪光小刻面，呈脆性断裂特征。
裂源两侧周向边缘存在剪切唇特征。
灰色区域断口与轴向呈一定角度，断面较粗糙，为后续扩展断裂区域。
宏观分析螺栓断裂模式为脆性断裂。
（2）微观断口分析 将螺栓断口清洗后置于扫描电子显微镜下观察：①裂纹源区可见明显的放射线形貌，呈冰糖状沿晶断裂形貌，放大后晶面上可见鸡爪痕、微小孔洞形貌，断口可见大量沿晶二次裂纹形貌，呈氢致开图1 螺栓宏观形貌第10期 热加工图2 断口宏观形貌图3 裂纹源低倍形貌（15×）图4 裂纹源高倍形貌（50×）图5 裂纹源放大形貌（270×）图6 裂纹源沿晶特征（750×）图7 裂纹源沿晶特征（1200×）图8 扩展后期韧窝+沿晶特征（1100×）表1 螺栓断口化学成分（质量分数） （%）检验项目C P S 检测值0.200.0200.0170.25标准值0.17~0.24≤0.030≤0.0300.17~0.37图9 心部抛光态（100×）图10 心部显微组织（500×）图11 断口抛光态（100×）图12 断口显微组织（500×）图13 牙底抛光态（100×）行热酸蚀试验，与G B/T1979—2001中的评级图对比，结果如表的应力作用下氢原子在晶界或材料缺陷处聚集成氢分子而产生压力，形成延迟微裂纹。
高强度螺栓断裂(失效)常见形式有哪些？是何原因？
失效现象
原因说明
高强度螺栓的头部断裂
1.头杆不垂直，拧紧后存在弯曲应力；
2.头杆过大，存在频率较高的波动载荷，引起疲劳失效；
在收缩区（缩径）断裂
拧紧力过大，超应力使用
发现高强度螺栓凹陷、点蚀或锈斑
发生了腐蚀
一般而言，高强度螺栓常见的损坏主要形式有螺栓断裂、螺纹损坏、应力腐蚀、氢脆、疲劳、松弛等。
我们就以下几个方面分析：
1、高强度螺栓使用的材料：是否混钢。材料的化学成份是否符合标准。金相分析材料是否存在缺陷（微观气孔、微观裂纹、偏析或夹杂物等）。
2、高强度螺栓热处理的质量：硬度（表面硬度和芯部硬度）；拉力载荷和延伸率。
高强度螺栓螺纹第一牙处断裂
这一部位有应力集中点
拧入不久，出现断裂，断口平整，无缩径
高强度螺栓产生了氢脆的现象
3、进行酸洗或电镀后是否进行了去氢处理；
4、再一步则试验高强度螺栓的再回火、保证载荷是否达标；
5、如果上述均合格，应了解使用状况：
a.高强度螺栓是否有超拧现象（拧紧后存在很高的预紧力）；
b.高强度是否有剪切载荷（估算：极限剪切应力应小于极限抗拉应力的60%）；
c.高强度螺栓使用的场合，是否有腐蚀现象；
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。
高强度螺栓断裂失效分析研究
- 56 -
技术交流
中c、d），检测结果：索氏体+少量铁素体，组织 分布均匀，A类夹杂1.0级，B类夹杂物0.5级，并 无明显异常（见图3）。
石油和化工设备 2017年第20卷
图3
1.3 力学性能检测 为了进一步分析，另取一件有裂纹但并未断
开的螺栓，使用E64-305型电液伺服万能试验机夹 持螺栓两端，试图强行拉断，估算材料强度。第
(1)首先使用ARL 3460光谱分析仪检测化学成 分，材料牌号42CrMo，试样数据符合GB/T 30772015《合金结构钢》要求。
(2)使用TH 320洛氏硬度计检测断裂面硬度，
结果分别为HRC39，符合设计要求；最后使用 Axio observer A1M显微镜分析金相微观组织（图2
作者简介：张伦（1981—），男，陕西人，本科学历，工程师， 在中石化石油工程机械有限公司第四机械厂从事金属材料工艺研究 和质量标准工作。
现对此类螺栓的断裂失效做出综合分析。此 次分析的失效螺栓设计要求为：外径1"-8UNC，材 料42CrMo，硬度HRC35-40。
1 理化分析 1.1 宏观分析
图1
随机抽取两件断裂螺栓制取检测试样（见图 2中a、b），目测断口呈脆性断口，并无疲劳迹 象，初步怀疑金相组织可能存在异常。
图2
1.2 化学成分、硬度、金相检测
L1 L2 L3 L4 L5
拉伸试验
Байду номын сангаас
d0=Φ12.5mm，标距4d0
Rm(MPa) Rp0.2(MPa) A(%)
1300
1230
15
1175
1135
18
1250
1190
15
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。
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Abstract : M56 Super high strengt h bolt made of 35CrMnSiA fractured at t he position of t he R transition area
表 3 力学性能测试结果
Tab. 3 Testing results of mechanical properties
项目 实测值
硬度 ( HRC)
52. 0
冲击 规定非比例 抗拉 断后 断面 吸收功 延伸强度 强度 伸长率 收缩率
A kU2/ J Rp0. 2/ MPa R m/ MPa A ( %) Z ( %)
·195 ·
杨 力等 :超高强度螺栓断裂失效分析
1 号螺栓断口比较平整 ,无塑性变形 ,为多源断 裂 ,断口的实物照见图 1 。将 2 号螺栓沿裂纹处人 工打开 ,其断口宏观形貌见图 2 ,裂纹深度约 2mm , 长度约 18mm 。
图 1 1 号螺栓断口形貌 Fig. 1 Fractured appearance of No. 1 bolt
由于该螺栓的强度很高 ,含有氢的高强度钢在 低应力作用条件下 ,经过一段孕育期 ,当钢中裂纹前 沿溶解的氢浓度达到临界值时 ,在氢和应力的共同 作用下开裂 。这时缺口尖端应力强度因子虽高 ,但 局部氢浓度降低 。随即氢又向该高应力区扩散 ,经 一定孕育期后在裂纹尖端再次出现临界状态 ,于是 又发生了第二次开裂 。这个过程不断反复进行 ,间 隙的时间为氢的聚集所消耗的时间 。所以氢裂纹扩
曾德鑫
(九江船用机械厂 , 九江 332209)
摘 要 : 材质为 35CrMnSiA 钢的 M56 超高强螺栓在装配过程中 ,其螺帽与螺杆的 R 过渡处发 生断裂 。经检查 ,未装配的同批螺栓在螺帽与螺杆的 R 过渡处也存在微裂纹 。借助化学分析 、金 相检验 、扫描电镜和力学性能测试等手段对超高强度螺栓的显微组织 、力学性能 、宏观和微观断口 形貌等进行了研究 。结果表明 ,螺栓在表面处理过程中 ,表面富氢而产生氢致裂纹 ,在应力作用 下 , 发生氢脆断裂 。
of No. 1 bolt
图 6 为 2 号螺栓扫描电镜下的断口形貌 ,分为 不同颜色的三个区 ,在与撕裂区交界处有内裂纹 (箭 头所示) ;在开裂区与最后撕裂区可见沿晶与韧窝形 貌 ,见图 7 。 2. 3 金相检验
·196 ·
取 1 号和 2 号螺栓垂直断口制成金相试样 ,在 显微镜 下 观 察 , 有 局 部 脱 碳 现 象 , 总 脱 碳 层 深 约 012mm ;显微组织为回火马氏体并有沿晶裂纹 ,见 图 8。 2. 4 化学分析
为找出螺栓断裂失效原因 ,从该批螺栓中取 9 个螺栓进行分析 ,其中已断裂的螺栓 1 个 (编为 1 号) ,经磁粉探伤存在微裂纹的螺栓 4 个 (编为 2～5 号) ,正常螺栓 4 个 (编为 6～9 号) 。
2 试验与结果
2. 1 断口宏观形貌
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·197 ·
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杨 力等 :超高强度螺栓断裂失效分析
展是断续式的 ,因此出现了图 5 所示的不连续裂纹 。 当裂纹长度达到临界值时 ,裂纹失稳扩展 ,材料发生 突然脆性断裂 ,这种断裂现象称为延迟破坏 ,这是氢 脆的显著特征之一 。
of No. 2 bolt
3 分析与讨论
从试验结果可看出 ,该高强度螺栓的化学成分 表 2 螺栓氢含量分析结果
Tab. 2 Result of content of hydrgon
名称
测试部位
氢含量/ ×10 - 4 %
螺帽 螺杆
芯部
a 区域 (距表面 4mm 区域) b 区域 (距表面 4mm 区域) c 区域 (距表面 2mm 区域) d 区域 (距表面 2mm 区域) e 区域 (表面 2～4mm 区域) f 区域 (表面 2～4mm 区域)
Key words : Bolt of high strengt h ; Failure analysis ; Hydrogen embrittlement
1 引言
某厂生产的超高强度螺栓 ,材质为 35CrMnSiA 钢 ,规格为 M56 ×220mm 。制造工艺为 : 电渣重熔 毛坯 <110mm ×3 000mm →锻造 →锻棒正火 →粗加 工 (单边留量 3～5mm) →超声波探伤 →第一次热处 理 (淬火温度为 950 ℃,630 ℃回火) →精加工成品 → 第二次热处理 (淬火温度为 900 ℃,230 ℃回火) →渗 透探伤 →酸洗 →表面电镀镀镉 →除氢处理 ( 80 ～
第 40 卷第 4 期 2004 年 4 月
失效分析
理化检验2物理分册
PTCA ( PAR T A : PH YSICAL TESTIN G)
Vol. 40 No. 4 Apr. 2004
超高强度螺栓断裂失效分析
杨 力 , 孙 浩 , 奚建法 , 陆 慧 , 宁 超 , 王春亮
(上海材料研究所 , 上海 200437)
(1) 化学成分分析 在 1 号螺栓上取样进行化 学分析 ,结果 (质量分数) 见表 1 。
(2) 氢含量测定 采用美国 L ECO 公司的氧氮 氢分析仪 ,分别在 1 号和 2 号螺栓的螺帽和螺杆外 表面及芯部进行氢含量测定 。氢含量测试取样位置
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
(a) 螺帽
(b) 螺杆
图 9 氢含量测试取样位置图
Fig. 9 Scheme of sampling location of
hydrogen content testing
见图 9 ,测定结果见表 2 。 2. 5 力学性能测定
在 1 号螺栓的 1/ 2 半径处取样进行力学性能试 验 ,结果见表 3 。
收稿日期 :2003208219 作者简介 :杨 力 (19662) ,女 ,高级工程师 。
100 ℃热水 ,20～30min) →磨削成品 。工件经检验 合格入库一个月后 ,在螺栓装配过程中 ,一个螺栓的 螺帽与螺杆的 R 过渡处发生断裂 。对其余的螺栓 进行磁粉探伤复查 ,发现部分螺栓在 R 过渡处存在 微裂纹 。
between t he screw cap and t he bolt , t here are micro cracks at same position of t he bolts of same lot which are not assembledyet. By means of metallograp hical examination , SEM inspection , t he microstructure characteristics , chemical composition analysis and mechanical property testing , t he macro2and microfractograp hs of t he brittle broken bolt have been studied. The results show t hat t he failure of t he bolt had been damaged by hydrogen during surface treatment .
图 4 1 号螺栓沿晶及准解理形貌 Fig. 4 The fracture surface of intergranular and
quasicleavage of No. 1 bolt
图 2 2 号螺栓断口形貌 Fig. 2 Fractured appearance of No. 2 bolt
3. 85 3. 80 9. 70 2. 99 1. 23 0. 89 0. 87
图 8 基体组织与沿晶裂纹 4 %硝酸酒精溶液侵蚀
Fig. 8 Microstructure of matrix and crack of intergranular Etched wit h 4 % nitric2acid alcohol solution
YANG Li , SUN Hao , XI Jian2fa , L U Hui , NING Chao , WANG Chun2l iang
(Shanghai Reaserch Institute of Materials , Shanghai 200437 , China)
ZENG De2xin
杨 力等 :超高强度螺栓断裂失效分析
项目 实测值 标准值
C 0. 38 0. 32～0. 39
S 0. 001 ≤0. 025
表 1 1 号螺栓的化学成分
Tab. 1 Chemical compostion of No. 1 bolt
Mn 0. 99 0. 80～1. 10
Si 1. 38 1. 10～1. 40
2. 2 断口微观形貌 将 1 号螺栓断口清洗后在扫描电镜下观察 ,图
3 为其中一个裂纹源的低倍形貌 ,图 4 显示出断口 呈沿晶及准解理特征 。垂直断口取样磨抛后在扫描 电镜下观察 ,其裂纹不连续 ,见图 5 。
图 5 1 号螺栓裂纹形貌 (未侵蚀) Fig. 5 The appearance of crack of No. 1 bolt
关键词 : 高强度螺栓 ; 失效分析 ; 氢脆
中图分类号 : T G142. 41 文献标识码 : A 文章编号 : 100124012 (2004) 0420195204