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特种钢六角头螺栓断裂分析检测

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浏览:- 发布日期:2020-07-30 15:46:16【

六角螺栓,规格为M12×35,性能等级为8.8级,材质为SWRCH35K,表面电镀锌。螺栓安装时,在安装力不大的情况下发生断裂。

  试验过程与结果

对断裂件进行检查,断裂件断口起裂位置位于头下圆角处,终断区位于第一螺纹牙底,终断区有轻微塑性变形,如图13-86所示。

图13-86 断裂螺栓形貌


图13-86  断裂螺栓形貌

断口宏观检查,断面左侧为一圆弧形区域,断面较平坦,表面锈蚀严重,锈蚀区域约占整个断面面积的三分之二;断面右侧为一斜断面,表面深灰色,纤维状,为新鲜断口,断口宏观形貌,见图13-87。

图13-87断口宏观形貌


图13-87断口宏观形貌

对断口扫描电镜观察,锈蚀严重的圆弧形断面外侧有较多腐蚀产物,见图13-88。

断面圆弧区微观形貌,表面氧化严重,见图13-89。

对靠近圆弧边缘区域进行能谱分析,该区域含有氧和锌,见图13-90。

图13-88 断面扫描电镜照片



图13-88 断面扫描电镜照片

图13-89 断面圆弧区微观形貌 

图13-89 断面圆弧区微观形貌

   图13-91 圆弧断面与斜断面交界处形貌

图13-90  断面能谱分析

圆弧断面与斜断面交界处的背散射电子图像,可见中间存在一条明显的分界线,圆弧断面表面氧化严重,颜色较深,见图13-91。

斜断面为新鲜断口,颜色较浅,两者交界处还有一条较深的二次裂纹,其微观形貌如图13-92所示。

斜断面表面微观形貌,表面抛物线形韧窝,并呈螺旋分布,推断该区域是在扭拉载荷下发生断裂,见图13-93。

图13-91 圆弧断面与斜断面交界处形貌



图13-91  圆弧断面与斜断面交界处形貌

图13-92 圆弧断面与斜断面交界处二次裂纹形貌


图13-92  圆弧断面与斜断面交界处二次裂纹形貌

图13-93 斜断面微观形貌


图13-93  斜断面微观形貌

用直读光谱法对螺栓进行化学成分分析,其化学成分满足JIS G3507.1-2005标准中SWRCH35K钢的要求。

对螺栓进行表面硬度及心部硬度检测,检测结果为290~315HV10,螺栓硬度在标准规定范围之内。

螺栓金相组织为回火索氏体加铁素体,铁素体呈轻微带状分布,如图13-94所示。

图13-94 螺栓金相组织



图13-94 螺栓金相组织

  试验过程与结果

螺栓的材质、硬度、组织都满足技术要求,螺栓断口圆弧裂纹和断裂与螺栓的材质、硬度、组织无关。

螺栓断口分为两个区域,其中一个区域的弧形断面陈旧,表面氧化严重,且边缘附近含有氧和锌,该圆弧裂纹存在于电镀之前,电镀时渗入了锌;

该螺栓规格为M12,采用线材冷镦成型,成型后螺纹搓丝,然后热处理,无其他加工工序,该裂纹位于螺栓的应力集中的头下圆角处,不是原材料裂纹,也不是加工裂纹,只能是淬火时产生的淬火裂纹。

淬火裂纹主要是由于热处理工艺不当或热处理操作不当造成。

断口起裂位置位于螺栓的应力集中的头下圆角处,弧形断面没有断裂前是一横向裂纹,为典型的淬火裂纹,在随后的回火中被氧化,电镀时渗入锌。

由于该裂纹较深,占到整个螺栓截面的三分之二左右,使得螺栓的有效承载面积显著降低,其承载的强度不大,当安装扭矩超过其承载强度时便发生断裂,因此最终断裂区形貌表现为扭拉断裂。

  结论与启示

(1)由于螺栓存在较深的淬火裂纹,使其在安装扭转载荷不大的情况下发生断裂

(2)螺栓存在较深的淬火裂纹是由于热处理工艺不当造成。

(3)螺栓热处理时要严格按热处理工艺操作,当发现问题时,增加目视检查和探伤检查

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