六角头螺栓断裂原因失效分析

10.9级六角头螺栓，规格为M24×240，材料为35CrMo钢，表面涂达克罗。装配时均在螺纹处断裂。

试验过程与结果

取3件断裂件进行观察与分析，编号为1#，2#，3#的断裂件，宏观形貌见图15-11。

3件断裂件的断裂位置均在螺纹部分，断口形貌基本相同，断口有明显扭转塑性变形特征，断裂面与螺栓轴向垂直。断裂面外周断口较平滑，断裂面中心部分断口呈纤维状，断口具有扭转断裂断口特征，断口宏观形貌见图15-12。

    图15-11   3件断裂件宏观形貌             图15-12   断口宏观形貌

扫描电镜对断口进行观察，发现断口断裂面外周和中心部分均为塑性韧窝形貌，且有明显方向性；断口心部韧窝较大，见图15-13，断口外周韧窝较为细小，见图15-14。

    图15-13  心部韧窝形貌                  图15-14断口外周韧窝形貌

用光谱法对3件断裂螺栓进行化学成分分析，分析结果，3件断裂螺栓的各元素成分含量基本相同，均符合35CrMo钢的标准要求。

对3件断裂件表面硬度和心部硬度试验检测，检测结果3件断裂件的表面硬度和心部硬度基本相同:表面硬度352～359 HV0.3；心部硬度342～346 HV10，均符合《ISO898.1-1999》要求。  

   取一件断裂件进行低倍组织检查，按《GB/T1979-2001》标准进行低倍组织缺陷评级，为中心疏松1级，见图15-15。

取一件断裂件进行金相组织检查，螺栓断口附近区域金相组织为回火索氏体组织 ，图15=16。

图15-15  中心疏松1级                  图15-16   回火索氏体              

取一件断裂件进行化学成分分析，成分分析结果，化学成分符合35CrMo钢的标准要求。

分析与讨论

   该批断裂螺栓的失效形式和断口形貌特征基本相同，其低倍组织，化学成分、金相组织、硬度等的检测结果均符合要求，表明断裂螺栓的热处理工艺和材料正常，螺栓的断裂与螺栓的热处理工艺和材料无关。

断裂螺栓的宏观形貌和断口扫描显示，整个断口形貌均为韧性扭转断裂，且断口韧窝具有明显的方向性，具有典型扭转断裂特征，断口为扭转断口，表明该螺栓在装配时，由于装配扭转力过大造成螺栓断裂。

  结论与启示  

（1） 螺栓断裂主要是由装配应力过大造成螺栓断裂失效。

（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。