螺栓斷裂是緊固件失效模式中非常常見的一種，今天小編就通過一個案例來讓大家瞭解該螺栓斷裂的真正原因吧！
螺栓在用戶使用過程中發生斷裂，為分析螺栓斷裂原因，進行了化學成分測試、金相組織觀察、螺栓斷口觀察、能譜測試以及硬度測試等，並對螺栓斷裂做出了結論。
01
化學成分分析
螺栓成分分析採用成分分析儀，正常斷裂、異常斷裂螺栓成分見表1，從表中可以看出正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓成分都符合GB/T3077《合金結構鋼》中對45Mn2鋼的要求。
表1 材料化學成分分析結果（質量分數，%）
02
金相組織分析
取平行於斷裂截面的試樣，打磨、拋光並觀察其組織形貌。下圖1(a)、1(b)所示為正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓的金相組織形貌，從圖中可以看出螺栓金相組織均為回火馬氏體。
(a)正常斷裂螺栓
(b)異常斷裂螺栓
圖1 螺栓金相組織形貌
03
宏觀斷口形貌分析
正常斷裂螺栓、異常斷裂螺栓宏觀斷口形貌如圖2(a)、2(b)所示，斷裂為典型的疲勞斷裂。由圖可知兩個螺栓均從中心起裂，裂紋向四周擴展。
正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓斷裂截面都具有裂紋源、擴展區、瞬斷區三個部分，正常斷裂螺栓擴展區面積比異常斷裂螺栓大，瞬斷區面積則比異常斷裂螺栓小。
這與異常斷裂螺栓應力（165KN）比正常斷裂螺栓斷裂應力(215KN)小相吻合。
同時正常斷裂螺栓斷裂截面較為平整，異常斷裂螺栓在裂紋源附近呈凹陷狀。
(a)正常斷裂螺栓
(b)異常斷裂螺栓
圖2 螺栓斷裂截面
04
微觀斷口形貌分析
圖3所示為正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓斷裂截面裂紋源附近的微觀形貌，從圖中可以看出正常斷裂螺栓組織較為平整，而異常斷裂螺栓中心附近可見含有夾雜物的微孔。
圖4所示為夾雜物所在位置，圖5為夾雜物能譜分析圖，表2為其對應的元素分析表，從表中可以看出夾雜物中主要元素為O、Si，並存在少量的Mg、Al、Ca元素，其中O元素的含量很大，故較雜物主要為SiO2，存在少量的MgO、Al2O3、CaO。
(a)、(b)為正常斷裂螺栓
(c)、 (d)為異常斷裂螺栓
（d）圖中三角形標記為能譜點
圖3 螺栓斷口顯微形貌
圖4 夾雜物能譜分析
表2 夾雜物能譜測試化學成分
05
顯微硬度分析
取平行於斷裂界面的試樣，磨樣、拋光並從表層到中心每隔1mm測量其顯微硬度。正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓的顯微硬度值如表3所示，從表3中可以看出正常斷裂螺栓和異常斷裂螺栓從表層到中心的顯微硬度都沒有明顯的差別。
表3 顯微硬度值（單位：HV）
06
結 論
- 正常斷裂螺栓和異常斷裂螺栓材料成分45Mn2符合標準要求，金相組織與其所使用熱處理工藝正常組織一致，兩螺栓硬度分佈和大小符合工藝要求；
- 異常斷裂螺栓內部存在SiO2等夾雜物，在拉伸檢驗過程中夾雜物微孔形成應力集中，過早萌生裂紋，微裂紋聚集，最終導致螺栓異常斷裂。
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