紧固件疲劳断口形貌分析

（1） 42CrMo钢轮毂固定螺栓疲劳断口形貌

42CrMo钢轮毂固定螺栓，服役一段时间后在杆部螺纹收尾处断裂，断口边缘有塑性变形痕迹，断面有疲劳弧线，扩展区可见犁沟状挤压磨损痕迹及疲劳条带，并伴有二次裂纹，属疲劳断裂，断口形貌见图9-1和图9-2。

图9-1断面海滩花样                       图9-2   断面疲劳条带

（2）42CrMo双头螺栓疲劳断口形貌

42CrMo钢六角头螺栓服役一段时间后在头杆部开裂， 断面平整光亮，呈金属本色，未见明显塑性变形，断面可见明显疲劳弧线。疲劳扩展区放大后可见一系列轮胎印状疲劳条带，并伴有二次裂纹。疲劳断口扫描电镜微观形貌，见图9-3和图9-4，宏观形貌见图9-5。

图9-3  疲劳条带及二次开裂            图9-4   快速扩展区轮胎印状形貌

图9-5    断口宏观形貌

（3） 35CrMo钢六角头固定螺栓疲劳断口形貌

六角头固定螺栓在服役一段时间后断裂，断口无明显宏观塑性变形，断面平坦，有清晰的疲劳弧线，微观可见典型的疲劳条带，该断口为典型的疲劳断口，见图9-6和图9-7。

图9-6疲劳裂纹扩展区疲劳弧线        图9-7  疲劳裂纹扩展区疲劳条带  

（4）42CrMo钢六角头螺栓疲劳断口形貌

螺栓安装使用一段时间后在头杆部结合部断裂，断口无明显宏观塑性变形，有明显的疲劳源区、疲劳扩展区和最终断裂区。疲劳扩展区有明显的疲劳条带和二次裂纹，说明在交变载荷作用下裂纹不断扩展最终导致疲劳断裂。疲劳断口电镜形貌见图9-8、图9-9、图9-10和图9-11。

图9-8  疲劳源微观形貌                   图9-9扩展区疲劳条带

图9-10 疲劳条带放大像              图9-11 最终断裂区韧窝形貌

（5）42CrMo钢双头螺柱疲劳断口形貌

双头螺柱在安装运行一段时间后断裂，断面可见大量细密疲劳条带，条带细密，瞬断区呈撕裂韧窝，其中可见较多夹杂物颗粒和显微空洞，疲劳裂纹扩展充分，断口形貌见图9-12、图9-13和图9-14。

图9-12疲劳条带与疲劳辉纹

图9-13    瞬断区低倍形貌                图9-14  瞬断区高倍韧窝形貌

（6）40Cr钢六角头螺栓疲劳断口形貌

螺栓服役一段时间后在头部与杆部结合处断裂，断口无表面损伤痕迹，源区附近断口表面平坦光滑细密，裂纹源区有多条放射状裂纹，表明裂源区存在多个裂纹源；疲劳扩展区断面粗糙，疲劳条带不太明显，可见多处显微空洞及夹杂物。在长期的交变应力作用下，螺栓应力集中的头杆结合处成为裂纹的萌发源，最后形成多源的疲劳断裂，断口扫描电镜形貌见图9-15和图9-16。

图9-15 疲劳源处有多条裂纹               图 9-16  疲劳扩展区形貌

（7） 40Cr钢轮毂螺栓疲劳断口形貌

40Cr钢汽车轮毂螺栓在运行过程中突然断裂，断口无明显塑性变形，未发现低倍缺陷及夹杂物，断面平坦、光滑、细密，整个断口分为瞬断区、扩展区和断裂源三个区域。

宏观低倍疲劳弧线，扩展区可见明显的连续平行的疲劳条带、二次裂纹，螺栓断裂性质为疲劳断裂。断口扫描电镜形貌见图9-17、图9-18和图9-19。

图9-17   疲劳弧线

图9-18    扩展区二次裂纹                   图9-19疲劳扩展区疲劳条带

(8)  高温合金螺桩疲劳断口形貌

GH2696高温合金螺桩在振动试验过程中发生断裂，断裂部位在螺纹根部，断口基本平齐，可见闪光小刻面，断裂起源于螺纹牙底，源区表面可见断续网状裂纹。扫描观察，源区和扩展区可见明显的疲劳弧线，断面上出现晶间开裂和解理特征，断口为疲劳断口。

断裂处螺纹根部的裂纹宏观形貌见图9-20，断口扫描电镜形貌见图9-21和图9-22。

图9-20   源区螺纹根部裂纹宏观形貌

图9-21  疲劳源区形貌                     图9-22   疲劳扩展区形貌

（9）45钢驱动轴疲劳断口微观形貌

45钢驱动轴断口有明显的疲劳弧线与疲劳条带，断口扫描电镜形貌见图9-23。

图9-23  疲劳条带                          

（10）35钢螺栓疲劳断口微观形貌  

35钢螺栓断口有明显的疲劳弧线与疲劳条带，断口扫描电镜形貌见图9-24。

图9-24  疲劳条带                              

（11）20钢拉杆螺栓疲劳断口形貌

拉杆螺栓工作一段时间后，在螺纹退刀槽底部断裂，断口显微形貌粗糙，显示轧制时心部疏松没有压实，扩展区有向外发散的海滩花样，呈疲劳断裂特征，疲劳裂纹由内向外扩展。靠近槽口位置，海滩花样面积较大，间距较宽，拉杆螺栓在服役过程中受到拉压交变载荷，微裂纹在交变载荷作用下不断扩展，拉杆螺栓发生失稳疲劳断裂，见图9-25和图9-36。

图 9-25 疲劳源区电镜形貌图               9-26  疲劳扩展区疲劳条带

（12）SAE9254钢弹簧疲劳断口形貌

SAE9254钢弹簧在服役约200小时后断裂，表面出现明显锈蚀。对弹簧断口进行扫描电镜观察，其微观形貌可见明显的疲劳弧线，呈疲劳断裂特征，疲劳弧线收敛处即为疲劳源区，见图中箭头处所示。断裂弹簧宏观形貌见图9-27，断口电镜低倍形貌见图9-28 ，高倍微观形貌见图9-29。

图9-27  弹簧断裂宏观形貌

图9-28   弹簧断口低倍形貌                图9-29 断口疲劳源区及扩展区形貌