緊固件疲勞斷口形貌分析

（1） 42CrMo鋼輪轂固定螺栓疲勞斷口形貌

42CrMo鋼輪轂固定螺栓，服役一段時(shí)間后在桿部螺紋收尾處斷裂，斷口邊緣有塑性變形痕跡，斷面有疲勞弧線，擴(kuò)展區(qū)可見犁溝狀擠壓磨損痕跡及疲勞條帶，并伴有二次裂紋，屬疲勞斷裂，斷口形貌見圖9-1和圖9-2。

圖9-1斷面海灘花樣                       圖9-2   斷面疲勞條帶

（2）42CrMo雙頭螺栓疲勞斷口形貌

42CrMo鋼六角頭螺栓服役一段時(shí)間后在頭桿部開裂， 斷面平整光亮，呈金屬本色，未見明顯塑性變形，斷面可見明顯疲勞弧線。疲勞擴(kuò)展區(qū)放大后可見一系列輪胎印狀疲勞條帶，并伴有二次裂紋。疲勞斷口掃描電鏡微觀形貌，見圖9-3和圖9-4，宏觀形貌見圖9-5。

圖9-3  疲勞條帶及二次開裂            圖9-4   快速擴(kuò)展區(qū)輪胎印狀形貌

圖9-5    斷口宏觀形貌

（3） 35CrMo鋼六角頭固定螺栓疲勞斷口形貌

六角頭固定螺栓在服役一段時(shí)間后斷裂，斷口無明顯宏觀塑性變形，斷面平坦，有清晰的疲勞弧線，微觀可見典型的疲勞條帶，該斷口為典型的疲勞斷口，見圖9-6和圖9-7。

圖9-6疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)疲勞弧線        圖9-7  疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)疲勞條帶  

（4）42CrMo鋼六角頭螺栓疲勞斷口形貌

螺栓安裝使用一段時(shí)間后在頭桿部結(jié)合部斷裂，斷口無明顯宏觀塑性變形，有明顯的疲勞源區(qū)、疲勞擴(kuò)展區(qū)和最終斷裂區(qū)。疲勞擴(kuò)展區(qū)有明顯的疲勞條帶和二次裂紋，說明在交變載荷作用下裂紋不斷擴(kuò)展最終導(dǎo)致疲勞斷裂。疲勞斷口電鏡形貌見圖9-8、圖9-9、圖9-10和圖9-11。

圖9-8  疲勞源微觀形貌                   圖9-9擴(kuò)展區(qū)疲勞條帶

圖9-10 疲勞條帶放大像              圖9-11 最終斷裂區(qū)韌窩形貌

（5）42CrMo鋼雙頭螺柱疲勞斷口形貌

雙頭螺柱在安裝運(yùn)行一段時(shí)間后斷裂，斷面可見大量細(xì)密疲勞條帶，條帶細(xì)密，瞬斷區(qū)呈撕裂韌窩，其中可見較多夾雜物顆粒和顯微空洞，疲勞裂紋擴(kuò)展充分，斷口形貌見圖9-12、圖9-13和圖9-14。

圖9-12疲勞條帶與疲勞輝紋

圖9-13    瞬斷區(qū)低倍形貌                圖9-14  瞬斷區(qū)高倍韌窩形貌

（6）40Cr鋼六角頭螺栓疲勞斷口形貌

螺栓服役一段時(shí)間后在頭部與桿部結(jié)合處斷裂，斷口無表面損傷痕跡，源區(qū)附近斷口表面平坦光滑細(xì)密，裂紋源區(qū)有多條放射狀裂紋，表明裂源區(qū)存在多個(gè)裂紋源；疲勞擴(kuò)展區(qū)斷面粗糙，疲勞條帶不太明顯，可見多處顯微空洞及夾雜物。在長期的交變應(yīng)力作用下，螺栓應(yīng)力集中的頭桿結(jié)合處成為裂紋的萌發(fā)源，最后形成多源的疲勞斷裂，斷口掃描電鏡形貌見圖9-15和圖9-16。

圖9-15 疲勞源處有多條裂紋               圖 9-16  疲勞擴(kuò)展區(qū)形貌

（7） 40Cr鋼輪轂螺栓疲勞斷口形貌

40Cr鋼汽車輪轂螺栓在運(yùn)行過程中突然斷裂，斷口無明顯塑性變形，未發(fā)現(xiàn)低倍缺陷及夾雜物，斷面平坦、光滑、細(xì)密，整個(gè)斷口分為瞬斷區(qū)、擴(kuò)展區(qū)和斷裂源三個(gè)區(qū)域。

宏觀低倍疲勞弧線，擴(kuò)展區(qū)可見明顯的連續(xù)平行的疲勞條帶、二次裂紋，螺栓斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂。斷口掃描電鏡形貌見圖9-17、圖9-18和圖9-19。

圖9-17   疲勞弧線

圖9-18    擴(kuò)展區(qū)二次裂紋                   圖9-19疲勞擴(kuò)展區(qū)疲勞條帶

(8)  高溫合金螺樁疲勞斷口形貌

GH2696高溫合金螺樁在振動試驗(yàn)過程中發(fā)生斷裂，斷裂部位在螺紋根部，斷口基本平齊，可見閃光小刻面，斷裂起源于螺紋牙底，源區(qū)表面可見斷續(xù)網(wǎng)狀裂紋。掃描觀察，源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)可見明顯的疲勞弧線，斷面上出現(xiàn)晶間開裂和解理特征，斷口為疲勞斷口。

斷裂處螺紋根部的裂紋宏觀形貌見圖9-20，斷口掃描電鏡形貌見圖9-21和圖9-22。

圖9-20   源區(qū)螺紋根部裂紋宏觀形貌

圖9-21  疲勞源區(qū)形貌                     圖9-22   疲勞擴(kuò)展區(qū)形貌

（9）45鋼驅(qū)動軸疲勞斷口微觀形貌

45鋼驅(qū)動軸斷口有明顯的疲勞弧線與疲勞條帶，斷口掃描電鏡形貌見圖9-23。

圖9-23  疲勞條帶                          

（10）35鋼螺栓疲勞斷口微觀形貌  

35鋼螺栓斷口有明顯的疲勞弧線與疲勞條帶，斷口掃描電鏡形貌見圖9-24。

圖9-24  疲勞條帶                              

（11）20鋼拉桿螺栓疲勞斷口形貌

拉桿螺栓工作一段時(shí)間后，在螺紋退刀槽底部斷裂，斷口顯微形貌粗糙，顯示軋制時(shí)心部疏松沒有壓實(shí)，擴(kuò)展區(qū)有向外發(fā)散的海灘花樣，呈疲勞斷裂特征，疲勞裂紋由內(nèi)向外擴(kuò)展?？拷劭谖恢?，海灘花樣面積較大，間距較寬，拉桿螺栓在服役過程中受到拉壓交變載荷，微裂紋在交變載荷作用下不斷擴(kuò)展，拉桿螺栓發(fā)生失穩(wěn)疲勞斷裂，見圖9-25和圖9-36。

圖 9-25 疲勞源區(qū)電鏡形貌圖               9-26  疲勞擴(kuò)展區(qū)疲勞條帶

（12）SAE9254鋼彈簧疲勞斷口形貌

SAE9254鋼彈簧在服役約200小時(shí)后斷裂，表面出現(xiàn)明顯銹蝕。對彈簧斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察，其微觀形貌可見明顯的疲勞弧線，呈疲勞斷裂特征，疲勞弧線收斂處即為疲勞源區(qū)，見圖中箭頭處所示。斷裂彈簧宏觀形貌見圖9-27，斷口電鏡低倍形貌見圖9-28 ，高倍微觀形貌見圖9-29。

圖9-27  彈簧斷裂宏觀形貌

圖9-28   彈簧斷口低倍形貌                圖9-29 斷口疲勞源區(qū)及擴(kuò)展區(qū)形貌