10.9級六角頭螺栓失效分析測試
10.9級六角頭螺栓，規(guī)格為M10×70mm，40Cr鋼制作，裝配時發(fā)生斷裂。
15.2.1 試驗過程與結(jié)果
斷裂件斷裂部位位于螺紋部分，斷口附近塑性變形明顯，有頸縮現(xiàn)象，宏觀形貌見圖15-6。
斷裂件斷口較灰暗，成纖維狀；有較大的塑性變形區(qū)域，粗糙的區(qū)域為最后斷裂區(qū)的瞬斷區(qū)，斷口具有扭斷斷口特征，箭頭指處為最后扭斷區(qū)，宏觀形貌見圖15-7。
圖15-6 斷裂件宏觀形貌
圖15-7 斷口宏觀形貌
采用掃描電鏡觀察，斷口的微觀形貌為韌窩形貌；
變形區(qū)域的韌窩具有明顯的方向性，見圖15-8；
瞬斷區(qū)的韌窩形貌，見圖15-9。
圖15-8 變形區(qū)域的韌窩 圖15-9 瞬斷區(qū)的韌窩
在斷裂件斷口附近取樣進(jìn)行金相組織和脫碳檢查：
斷裂件金相組織為回火索氏體組織，見圖15-10。
斷裂件脫碳試驗，依據(jù)《GB/T3098.1-2000》標(biāo)準(zhǔn)方法，脫碳試驗結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求
圖 15-10 回火索氏體組織
用光譜法對斷裂螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果，各元素成分含量均符合《GB/T 3077-1999》40Cr鋼標(biāo)準(zhǔn)要求。
對斷裂螺栓進(jìn)行心部硬度檢測，技術(shù)要求為320 HV10，檢測結(jié)果為365～380 HV10，符合《GB/T3098.1-2000》標(biāo)準(zhǔn)要求。
取與斷裂螺栓同批號未使用過的螺栓3件，進(jìn)行拉伸試驗，拉伸試驗結(jié)果，抗拉強(qiáng)度為1140MPa～1130MPa，符合10.9級強(qiáng)度等級要求。
15.2.2 分析與討論
斷裂件在螺紋處斷裂，有塑性變形和頸縮現(xiàn)象，斷口具有扭斷斷口特征。
斷裂件斷口微觀形貌均為韌窩狀塑性變形特征，有回旋狀塑性變形痕跡，螺栓塑性變形區(qū)韌窩方向性明顯，說明其斷口是以扭轉(zhuǎn)為主的斷口。
變形主要集中于縮頸附近。所以縮頸現(xiàn)象一方面說明螺栓有良好的塑性和韌性，同時說明服役載荷已超過試樣抗拉強(qiáng)度。韌窩表明材料有良好的塑性和韌性。
斷裂螺栓化學(xué)成分、顯微組織、硬度和螺紋脫碳試驗的檢測結(jié)果均符合10.9級強(qiáng)度等級要求，其同批螺栓的抗拉強(qiáng)度也符合10.9級強(qiáng)度等級要求，因此判斷螺栓斷裂不是因材料強(qiáng)度不足產(chǎn)生的斷裂，而是由于螺栓承受的載荷過大所產(chǎn)生的過載扭轉(zhuǎn)斷裂。
螺栓安裝時受較大的安裝應(yīng)力作用，安裝載荷過大造成過載扭轉(zhuǎn)斷裂。
15.2.3 結(jié)論與啟示
（1）螺栓的斷裂是由螺栓安裝過載引起的斷裂。
（2）在安裝時要控制好安裝應(yīng)力，防止安裝應(yīng)力過大造成扭轉(zhuǎn)斷裂。
（3）制定合適的安裝工藝，安裝時采用限力扳手安裝。
浙公網(wǎng)安備 33042402000106號
