10.9级六角头螺栓失效分析测试

10.9级六角头螺栓，规格为M10×70mm，40Cr钢制作，装配时发生断裂。

15.2.1  试验过程与结果

断裂件断裂部位位于螺纹部分，断口附近塑性变形明显，有颈缩现象，宏观形貌见图15-6。

断裂件断口较灰暗，成纤维状；有较大的塑性变形区域，粗糙的区域为最后断裂区的瞬断区，断口具有扭断断口特征，箭头指处为最后扭断区，宏观形貌见图15-7。

图15-6   断裂件宏观形貌

                    图15-7  断口宏观形貌

采用扫描电镜观察，断口的微观形貌为韧窝形貌；

变形区域的韧窝具有明显的方向性，见图15-8；

瞬断区的韧窝形貌，见图15-9。

   图15-8  变形区域的韧窝                     图15-9  瞬断区的韧窝

在断裂件断口附近取样进行金相组织和脱碳检查：

断裂件金相组织为回火索氏体组织，见图15-10。

断裂件脱碳试验，依据《GB/T3098.1-2000》标准方法，脱碳试验结果均符合标准要求

图 15-10  回火索氏体组织

   用光谱法对断裂螺栓进行化学成分分析，分析结果，各元素成分含量均符合《GB/T 3077-1999》40Cr钢标准要求。

对断裂螺栓进行心部硬度检测，技术要求为320 HV10，检测结果为365～380 HV10，符合《GB/T3098.1-2000》标准要求。

   取与断裂螺栓同批号未使用过的螺栓3件，进行拉伸试验，拉伸试验结果，抗拉强度为1140MPa～1130MPa，符合10.9级强度等级要求。

15.2.2  分析与讨论

断裂件在螺纹处断裂，有塑性变形和颈缩现象，断口具有扭断断口特征。

断裂件断口微观形貌均为韧窝状塑性变形特征，有回旋状塑性变形痕迹，螺栓塑性变形区韧窝方向性明显，说明其断口是以扭转为主的断口。

变形主要集中于缩颈附近。所以缩颈现象一方面说明螺栓有良好的塑性和韧性，同时说明服役载荷已超过试样抗拉强度。韧窝表明材料有良好的塑性和韧性。

断裂螺栓化学成分、显微组织、硬度和螺纹脱碳试验的检测结果均符合10.9级强度等级要求，其同批螺栓的抗拉强度也符合10.9级强度等级要求，因此判断螺栓断裂不是因材料强度不足产生的断裂，而是由于螺栓承受的载荷过大所产生的过载扭转断裂。

螺栓安装时受较大的安装应力作用，安装载荷过大造成过载扭转断裂。

15.2.3  结论与启示

（1）螺栓的断裂是由螺栓安装过载引起的断裂。

（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。