圓柱六角螺栓安裝斷裂原因失效分析
內(nèi)六角圓柱頭螺釘，規(guī)格為M6×18，性能等級(jí)為8.8級(jí)，材料為35鋼，表面為銀白色鍍鋅層。螺釘安裝時(shí)，在很小的安裝應(yīng)力下發(fā)生斷裂，斷裂位置均為頭桿結(jié)合處。
使用過(guò)程與結(jié)果
取2件斷裂件進(jìn)行宏觀檢查與分析，2件斷裂件的斷口相同，斷口上均約有一半的區(qū)域已被氧化，顏色較深為氧化色（箭頭指處），另一部分為新鮮的扭轉(zhuǎn)斷口，見(jiàn)圖13-70。
圖13-70斷裂螺釘宏觀形貌
斷口掃描電鏡觀察：斷口的低倍形貌如圖13-71、13-72；裂紋起源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)已被氧化，顏色較深為氧化色，瞬斷區(qū)有明顯的扭轉(zhuǎn)塑性斷裂痕跡。
圖13-71斷口形貌 圖13-72 斷口形貌
斷口的高倍微觀形貌：陳舊斷裂區(qū)包括斷裂起源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)，斷裂起源區(qū)位置靠近表面，裂紋源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)被氧化，顏色較深而陳舊；氧化斷裂區(qū)均為沿晶斷裂并有二次裂紋；斷口瞬斷區(qū)為韌窩斷口形貌，韌窩具有明顯的方向性為扭轉(zhuǎn)斷裂區(qū)，如圖13-73、13-74、13-75；
圖13-73 氧化斷裂區(qū)沿晶斷裂形貌 圖13-74沿晶斷裂和二次裂紋形貌
圖13-75 扭斷區(qū)韌窩形貌
對(duì)兩件斷裂件進(jìn)行表面硬度和心部硬度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果：兩件斷裂件的表面硬度和心部硬度基本相同，表面硬度為 178～189 HV0.3；心部硬度為282～292 HV0.3
由于表面有脫碳現(xiàn)象，所以，表面硬度低。但兩件斷裂件的心部硬度和表面硬度均符合ISO898.1-1999標(biāo)準(zhǔn)要求。
對(duì)兩件斷裂件進(jìn)行金相組織檢查，金相組織均為正常均勻回火索氏體組織，見(jiàn)圖13-76、圖13-77。
圖13-76 回火索氏體組織 圖13-77 回火索氏體組織
對(duì)兩件斷裂件進(jìn)行金相脫碳層檢查，兩件樣品頭桿結(jié)合處均存在明顯的脫碳層，但深度較淺，見(jiàn)圖13-78、圖13-79。
圖13-78 頭部脫碳層 圖13-79 頭部脫碳層
對(duì)兩件斷裂件進(jìn)行化學(xué)分析，兩件樣品的化學(xué)成分均符合ISO898.1-1999標(biāo)準(zhǔn)要求。
分析與討論
螺釘化學(xué)成分符合ISO898.1-1999標(biāo)準(zhǔn)要求。金相組織均為正常均勻回火索氏體組織，雖然螺釘表面存在脫碳現(xiàn)象，但心部硬度和表面硬度均符合ISO898.1-1999標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明螺釘斷裂與螺釘材料、組織、硬度無(wú)關(guān)。
螺釘表面雖然存在脫碳層，但螺釘斷裂與脫碳關(guān)系不大。螺釘斷口有面積較大的陳舊橫向裂紋，斷裂的主要原因是螺釘頭桿處存在橫向裂紋，
裂紋已被氧化，顏色較深而陳舊，出現(xiàn)在螺釘應(yīng)力集中的頭桿處；微觀形貌為沿晶斷裂，并有二次裂紋。因?yàn)槁葆敳捎眯∫?guī)格的線材冷鐓成型，成型后螺紋搓絲，然后熱處理，無(wú)其他加工工序，所以，該裂紋不是原材料裂紋，也不是加工裂紋，只能是淬火時(shí)產(chǎn)生的淬火裂紋。
而新鮮斷口面積較小，微觀形貌為韌窩斷口形貌，韌窩具有明顯的扭轉(zhuǎn)方向性，為安裝時(shí)的安裝應(yīng)力造成。
由于螺釘存在有較大面積的橫向淬火裂紋，無(wú)裂紋區(qū)的承力面積較小，在安裝扭緊力不大的情況下扭轉(zhuǎn)斷裂。
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