特種鋼六角頭螺栓斷裂分析檢測(cè)
六角螺栓，規(guī)格為M12×35，性能等級(jí)為8.8級(jí)，材質(zhì)為SWRCH35K，表面電鍍鋅。螺栓安裝時(shí)，在安裝力不大的情況下發(fā)生斷裂。
試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果
對(duì)斷裂件進(jìn)行檢查，斷裂件斷口起裂位置位于頭下圓角處，終斷區(qū)位于第一螺紋牙底，終斷區(qū)有輕微塑性變形，如圖13-86所示。
圖13-86 斷裂螺栓形貌
斷口宏觀檢查，斷面左側(cè)為一圓弧形區(qū)域，斷面較平坦，表面銹蝕嚴(yán)重，銹蝕區(qū)域約占整個(gè)斷面面積的三分之二；斷面右側(cè)為一斜斷面，表面深灰色，纖維狀，為新鮮斷口，斷口宏觀形貌，見(jiàn)圖13-87。
圖13-87斷口宏觀形貌
對(duì)斷口掃描電鏡觀察，銹蝕嚴(yán)重的圓弧形斷面外側(cè)有較多腐蝕產(chǎn)物，見(jiàn)圖13-88。
斷面圓弧區(qū)微觀形貌，表面氧化嚴(yán)重，見(jiàn)圖13-89。
對(duì)靠近圓弧邊緣區(qū)域進(jìn)行能譜分析，該區(qū)域含有氧和鋅，見(jiàn)圖13-90。
圖13-88 斷面掃描電鏡照片
圖13-89 斷面圓弧區(qū)微觀形貌
圖13-90 斷面能譜分析
圓弧斷面與斜斷面交界處的背散射電子圖像，可見(jiàn)中間存在一條明顯的分界線，圓弧斷面表面氧化嚴(yán)重，顏色較深，見(jiàn)圖13-91。
斜斷面為新鮮斷口，顏色較淺，兩者交界處還有一條較深的二次裂紋，其微觀形貌如圖13-92所示。
斜斷面表面微觀形貌，表面拋物線形韌窩，并呈螺旋分布，推斷該區(qū)域是在扭拉載荷下發(fā)生斷裂，見(jiàn)圖13-93。
圖13-91 圓弧斷面與斜斷面交界處形貌
圖13-92 圓弧斷面與斜斷面交界處二次裂紋形貌
圖13-93 斜斷面微觀形貌
用直讀光譜法對(duì)螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，其化學(xué)成分滿足JIS G3507.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中SWRCH35K鋼的要求。
對(duì)螺栓進(jìn)行表面硬度及心部硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為290～315HV10，螺栓硬度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)。
螺栓金相組織為回火索氏體加鐵素體，鐵素體呈輕微帶狀分布，如圖13-94所示。
圖13-94 螺栓金相組織
試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果
螺栓的材質(zhì)、硬度、組織都滿足技術(shù)要求，螺栓斷口圓弧裂紋和斷裂與螺栓的材質(zhì)、硬度、組織無(wú)關(guān)。
螺栓斷口分為兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)區(qū)域的弧形斷面陳舊，表面氧化嚴(yán)重，且邊緣附近含有氧和鋅，該圓弧裂紋存在于電鍍之前，電鍍時(shí)滲入了鋅；
該螺栓規(guī)格為M12，采用線材冷鐓成型，成型后螺紋搓絲，然后熱處理，無(wú)其他加工工序，該裂紋位于螺栓的應(yīng)力集中的頭下圓角處，不是原材料裂紋，也不是加工裂紋，只能是淬火時(shí)產(chǎn)生的淬火裂紋。
淬火裂紋主要是由于熱處理工藝不當(dāng)或熱處理操作不當(dāng)造成。
斷口起裂位置位于螺栓的應(yīng)力集中的頭下圓角處，弧形斷面沒(méi)有斷裂前是一橫向裂紋，為典型的淬火裂紋，在隨后的回火中被氧化，電鍍時(shí)滲入鋅。
由于該裂紋較深，占到整個(gè)螺栓截面的三分之二左右，使得螺栓的有效承載面積顯著降低，其承載的強(qiáng)度不大，當(dāng)安裝扭矩超過(guò)其承載強(qiáng)度時(shí)便發(fā)生斷裂，因此最終斷裂區(qū)形貌表現(xiàn)為扭拉斷裂。
結(jié)論與啟示
（1）由于螺栓存在較深的淬火裂紋，使其在安裝扭轉(zhuǎn)載荷不大的情況下發(fā)生斷裂
（2）螺栓存在較深的淬火裂紋是由于熱處理工藝不當(dāng)造成。
（3）螺栓熱處理時(shí)要嚴(yán)格按熱處理工藝操作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，增加目視檢查和探傷檢查
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