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圆柱六角螺栓安装断裂原因失效分析

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浏览:- 发布日期:2020-07-21 14:59:54【

内六角圆柱头螺钉,规格为M6×18,性能等级为8.8级,材料为35钢,表面为银白色镀锌层。螺钉安装时,在很小的安装应力下发生断裂,断裂位置均为头杆结合处。

使用过程与结果

取2件断裂件进行宏观检查与分析,2件断裂件的断口相同,断口上均约有一半的区域已被氧化,颜色较深为氧化色(箭头指处),另一部分为新鲜的扭转断口,见图13-70。

图13-70断裂螺钉宏观形貌


图13-70断裂螺钉宏观形貌

断口扫描电镜观察:断口的低倍形貌如图13-71、13-72;裂纹起源区和扩展区已被氧化,颜色较深为氧化色,瞬断区有明显的扭转塑性断裂痕迹。  

    图13-71断口形貌 图13-72 断口形貌

   图13-71断口形貌                         图13-72 断口形貌

断口的高倍微观形貌:陈旧断裂区包括断裂起源区和扩展区,断裂起源区位置靠近表面,裂纹源区和扩展区被氧化,颜色较深而陈旧;氧化断裂区均为沿晶断裂并有二次裂纹;断口瞬断区为韧窝断口形貌,韧窝具有明显的方向性为扭转断裂区,如图13-73、13-74、13-75;

 图13-73 氧化断裂区沿晶断裂形貌 图13-74沿晶断裂和二次裂纹形貌

图13-73  氧化断裂区沿晶断裂形貌      图13-74沿晶断裂和二次裂纹形貌

图13-75 扭断区韧窝形貌


图13-75 扭断区韧窝形貌

对两件断裂件进行表面硬度和心部硬度进行检测,检测结果:两件断裂件的表面硬度和心部硬度基本相同,表面硬度为 178~189 HV0.3;心部硬度为282~292 HV0.3

由于表面有脱碳现象,所以,表面硬度低。但两件断裂件的心部硬度和表面硬度均符合ISO898.1-1999标准要求。

对两件断裂件进行金相组织检查,金相组织均为正常均匀回火索氏体组织,见图13-76、图13-77。

   图13-76 回火索氏体组织图13-77 回火索氏体组织

图13-76   回火索氏体组织            图13-77  回火索氏体组织

对两件断裂件进行金相脱碳层检查,两件样品头杆结合处均存在明显的脱碳层,但深度较浅,见图13-78、图13-79。

   图13-78 头部脱碳层 图13-79 头部脱碳层

图13-78 头部脱碳层                      图13-79  头部脱碳层

  对两件断裂件进行化学分析,两件样品的化学成分均符合ISO898.1-1999标准要求。

 分析与讨论

螺钉化学成分符合ISO898.1-1999标准要求。金相组织均为正常均匀回火索氏体组织,虽然螺钉表面存在脱碳现象,但心部硬度和表面硬度均符合ISO898.1-1999标准要求,说明螺钉断裂与螺钉材料、组织、硬度无关。

螺钉表面虽然存在脱碳层,但螺钉断裂与脱碳关系不大。螺钉断口有面积较大的陈旧横向裂纹,断裂的主要原因是螺钉头杆处存在横向裂纹,

裂纹已被氧化,颜色较深而陈旧,出现在螺钉应力集中的头杆处;微观形貌为沿晶断裂,并有二次裂纹。因为螺钉采用小规格的线材冷镦成型,成型后螺纹搓丝,然后热处理,无其他加工工序,所以,该裂纹不是原材料裂纹,也不是加工裂纹,只能是淬火时产生的淬火裂纹。

而新鲜断口面积较小,微观形貌为韧窝断口形貌,韧窝具有明显的扭转方向性,为安装时的安装应力造成。

由于螺钉存在有较大面积的横向淬火裂纹,无裂纹区的承力面积较小,在安装扭紧力不大的情况下扭转断裂。

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