六角頭螺栓斷裂失效分析
塔吊底座固定六角頭螺栓，規(guī)格為M30×340，性能等級(jí)為10.9級(jí)、材料為40Cr，表面鍍黃鋅；在安裝2個(gè)月后發(fā)生斷裂。
試驗(yàn)過程與結(jié)果
螺栓斷裂位置為與桿部結(jié)合的第一扣螺紋處，斷裂件宏觀形貌見圖13-80。
圖13-80 六角頭螺栓斷裂件形貌
斷裂件斷口附近的螺紋部分有明顯的塑性變形，見圖13-81。
斷口凹凸不平，部分區(qū)域有銹蝕，斷口宏觀形貌見圖13-82。
圖13-81 斷裂螺栓螺紋部分宏觀形貌 圖13-82 斷口宏觀形貌
在掃描電鏡下觀察斷口，整個(gè)斷口主要形貌為拉伸韌窩，未發(fā)現(xiàn)冶金缺陷和夾雜物，微觀形貌如圖13-83所示。
圖13-83斷口微觀形貌
螺栓橫截面進(jìn)行硬度檢測(cè),硬度檢測(cè)結(jié)果：螺栓近表面硬度為 310～335HV10；心部硬度為 290～295HV10。
取斷裂螺栓的剩余部分加工成拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表13-1
項(xiàng)目
抗拉強(qiáng)度/MPa
規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度RP0.2
/MPa
斷后伸長(zhǎng)率
/%
斷面收縮率
/%
試驗(yàn)結(jié)果
950
780
15.0
52.0
標(biāo)準(zhǔn)值
≥1040
≥940
≥12.0
≥52.0
用直讀光譜對(duì)斷裂螺栓進(jìn)行化學(xué)分析，化學(xué)成分分析結(jié)果表明螺栓材料化學(xué)成分符合40Cr的要求，
沿?cái)嗫诳v向截取金相試樣，制樣后顯微鏡觀察，螺栓的表面組織為回火索氏體組織，表面組織如圖13-84所示。
螺栓的心部組織為索氏體＋鐵素體，如圖13-85所示。
圖13-84 近表層金相組織
圖13-85心部金相組織
分析與討論
螺栓的化學(xué)成分符合要求，通過對(duì)斷裂螺栓宏觀和微觀形貌的分析可知，斷口附近螺紋有明顯的頸縮現(xiàn)象，微觀形貌為拉伸韌窩，表明螺栓的斷裂是在拉應(yīng)力作用下的過載斷裂。
螺栓的表面部分組織正常，心部組織存在鐵素體組織，組鐵素體織的存在會(huì)引起螺栓機(jī)械性能的降低。從螺栓的硬度試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果，也反映出螺栓的心部硬度低，拉伸強(qiáng)度值低不合格，主要原因是螺栓的心部組織有較多的鐵素體組織。
螺栓心部組織有較多的鐵素體的原因是螺栓熱處理工藝不當(dāng)造成。螺栓淬火加熱保溫時(shí)間不夠、螺栓淬火冷卻速度過慢等原因都會(huì)造成螺栓心部有較多的鐵素體組織。
螺栓的斷裂主要原因是螺栓的拉伸強(qiáng)度低，不能滿足安裝應(yīng)力的要求，安裝后在實(shí)際安裝應(yīng)力的作用下，螺栓發(fā)生逐步變形伸長(zhǎng)過載斷裂。
總結(jié)與啟示
（1）引起螺栓斷裂的根本原因是螺栓的拉伸強(qiáng)度低。由于螺栓的拉伸強(qiáng)度低，不能承受正常的安裝應(yīng)力，在安裝應(yīng)力作用下逐步塑性變形，最后過載斷裂。
（2）螺栓的拉伸強(qiáng)度低的原因是螺栓心部有較多的鐵素體組織。
（3）螺栓心部有較多鐵素體組織的原因是螺栓熱處理工藝不當(dāng)造成。
（4）加強(qiáng)螺栓熱處理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝紀(jì)律檢查，嚴(yán)格執(zhí)行工藝才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。
（5）加強(qiáng)螺栓的產(chǎn)品質(zhì)量檢查，對(duì)螺栓硬度低的要及時(shí)進(jìn)行返修。
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