紧固件典型失效形式及案例解析 | 过载断裂（上）

紧固件的过载失效是指外力超过其承载极限而发生的失效，主要包括韧性过载、脆性过载和“脱扣” 等。

过载断裂三要素：纤维区、放射区和剪切唇区

在螺纹牙底发生的韧性过载断裂，一般只有塑性很好的材料才会出现杯锥状断口 

与轴线约呈45°切断断口也是一种紧固件韧性过载断裂特征

断口表面较粗糙、色泽灰暗、呈纤维状或鹅毛绒状
从紧固件表面一侧起源向另一侧扩展的过载断裂断口上，源区存在由表面起始的扩展棱线，最后断裂区一般有剪切唇
由表面周向起源，最终断裂区位于紧固件心部的过载断裂断口上，可见由周向边缘起始的扩展棱线，断口心部为纤维区

韧性过载断裂宏观特征的应用

影响紧固件韧性过载断裂宏观特征的主要因素：受力状态和材料的塑性

通过断裂外观形态、宏观塑性变形方式、纤维的形态等对紧固件受力状态进行初步的判断

例：拉伸应力导致的断裂：断口往往呈杯锥状或呈与应力轴 45°的斜断口 

例：冲击应力或弯矩作用时：断口宏观特征上也可见放射棱线和剪切唇，但剪切唇在紧固件圆周上不完整

例：扭转拉伸应力作用下断口呈现明显的“漩涡状”扭转痕迹

韧性过载断裂微观特征

韧窝是紧固件韧性断裂的主要微观特征，但并非充要判据

判断紧固件是韧性断裂还是脆性断裂更为关键的在于紧固件 断裂前是否发生可察觉的塑性变形

韧性过载原因

案例解析

10.9级风电螺栓在安装过程中于螺纹收尾处发生断裂

远离断口处组织正常，未见脱碳，折叠、裂纹等

断口处存在珠光体、铁素体、屈氏体等未淬透组织

案例解析

10.9级螺栓在安装过程发生异常断裂失效

存在“月牙形”高温氧化色原始断面

裂缝中存在高温回火时形成的较薄氧化层

案例解析

安装于某列车制动单元的M20，

12.9级螺栓在510N·m时发生断裂失效

螺栓各部位组织均未见异常

螺栓各项性能指标未见异常

根据扭矩、轴力、扭矩系数之间的关系

从图表中数据可以看出，螺纹和垫片未润滑和润滑后吹干扭矩系数和摩擦系数变化较小，而润滑后对扭矩系数和摩擦系数有显著的影响，从1#模拟安装情况可以看出，扭矩未达到530Nm前，就出现屈服现象。

本文作者：祁永东，就职于浙江国检检测技术股份有限公司，材料学硕士，主要从事金属材料和金属制品理化检测及失效分析方面的研究。