六角头螺栓断裂原因失效分析

10.9级六角头螺栓,规格为M24×240,材料为35CrMo钢,表面涂达克罗。装配时均在螺纹处断裂。

试验过程与结果

取3件断裂件进行观察与分析,编号为1#,2#,3#的断裂件,宏观形貌见图15-11。

3件断裂件的断裂位置均在螺纹部分,断口形貌基本相同,断口有明显扭转塑性变形特征,断裂面与螺栓轴向垂直。断裂面外周断口较平滑,断裂面中心部分断口呈纤维状,断口具有扭转断裂断口特征,断口宏观形貌见图15-12。

图15-11 3件断裂件宏观形貌 图15-12 断口宏观形貌

扫描电镜对断口进行观察,发现断口断裂面外周和中心部分均为塑性韧窝形貌,且有明显方向性;断口心部韧窝较大,见图15-13,断口外周韧窝较为细小,见图15-14。

图15-13 心部韧窝形貌 图15-14断口外周韧窝形貌

用光谱法对3件断裂螺栓进行化学成分分析,分析结果,3件断裂螺栓的各元素成分含量基本相同,均符合35CrMo钢的标准要求。

对3件断裂件表面硬度和心部硬度试验检测,检测结果3件断裂件的表面硬度和心部硬度基本相同:表面硬度352~359 HV0.3;心部硬度342~346 HV10,均符合《ISO898.1-1999》要求。

取一件断裂件进行低倍组织检查,按《GB/T1979-2001》标准进行低倍组织缺陷评级,为中心疏松1级,见图15-15。

取一件断裂件进行金相组织检查,螺栓断口附近区域金相组织为回火索氏体组织 ,图15=16。

图15-15 中心疏松1级 图15-16 回火索氏体

取一件断裂件进行化学成分分析,成分分析结果,化学成分符合35CrMo钢的标准要求。

分析与讨论

该批断裂螺栓的失效形式和断口形貌特征基本相同,其低倍组织,化学成分、金相组织、硬度等的检测结果均符合要求,表明断裂螺栓的热处理工艺和材料正常,螺栓的断裂与螺栓的热处理工艺和材料无关。

断裂螺栓的宏观形貌和断口扫描显示,整个断口形貌均为韧性扭转断裂,且断口韧窝具有明显的方向性,具有典型扭转断裂特征,断口为扭转断口,表明该螺栓在装配时,由于装配扭转力过大造成螺栓断裂。

结论与启示

(1) 螺栓断裂主要是由装配应力过大造成螺栓断裂失效。

(2) 在安装时要控制好安装应力,防止安装应力过大造成扭转断裂。

(3) 制定合适的安装工艺,安装时采用限力扳手安装。

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