起抓螺栓裂纹断裂原因失效分析

起动爪螺栓，规格M16×1.5×45 ，材料45钢。安装时发现部分螺栓在螺纹处断裂。

螺栓生产加工工序为热锻—机加工—调质—滚丝—表面处理。

14.11.1  试验过程与结果

失效件断口宏观检查：断裂件断口粗糙，无塑性变形痕迹，断口形貌见图14-74。

采用扫描电镜对失效件断口进行观察：

失效件断口整个断面粗糙，为冰糖状沿晶形貌，见图14-75。

失效件断口微观形貌，晶粒圆钝，晶界上出现孔洞，心部较少。边缘较多，见图14-76、图14-77。

  图14-74   失效件宏观形貌             图14-75 失效件断面微观形貌

    图14-76   失效件断口低倍形貌             图14-77   失效件断口低倍形貌

失效件金相组织检查：

失效件横截面的金相试样抛光态低倍组织，试样中心有明显裂纹，见图14-78。

失效件横截面金相试样抛光状态，试样边缘可见大量孔洞及氧化晶界，见图14-79。

图14-78   失效件抛光态低倍组织            图14-79 失效件抛光态显微组织

  取一件安装没有断裂的螺栓，进行金相检查，金相组织与断裂件组织不同；试样抛光状态没有发现孔洞及氧化晶界；金相组织为回火索氏体，见图14-80。

图14-80  没有断裂螺栓显微组织

采用直读光谱法对螺栓化学成分分析，分析结果，符合《GB/T699-1999》标准中对45钢的要求。

14.11.2   分析与讨论

失效件化学成分分析符合标准要求，失效与材质无关。

安装没有断裂的螺栓，金相组织没有未发现孔洞及氧化晶界；金相组织为回火索氏体，说明安装没有断裂的螺栓，其热锻加热温度和调质温度斗满足工艺要求。

电镜扫描组织为沿晶裂纹和晶粒上分布有孔洞；失效件断面均呈冰糖状沿晶形貌，晶粒边缘圆钝，晶界上有孔洞；其抛光组织中断口边缘存在大量的不规则孔洞及氧化晶界，说明失效件存在有过烧缺陷。

过烧是由于钢材加热温度过高而导致的晶界熔化、氧化现象。钢材出现过烧后，其结晶组织遭到破坏，失去金属应具有的塑性和强度，易折断和碎裂，且过烧为不可恢复缺陷，出现过烧后工件只能报废。

该螺栓的过烧与热锻和调质有关，当热锻温度过高，或调质淬火温度过高都会造成过烧。但两种过烧组织一般都与区别，淬火温度过高，产品整批都过烧；而热锻过烧，主要是现场操作控制温度有误，只是单个或部分，在工艺正常情况下整批不会出问题。

该批螺栓头部成型采用热锻工艺成型，当单个或部分螺栓热锻温度超高时就会产生过烧，过烧螺栓在现场没有及时挑出，就会流入下道工序。

该失效件边缘有大量孔洞及氧化晶界，边缘比心部严重，说明螺栓过烧为热锻温度超高造成。

该故障螺栓未发现有开裂现象，但在安装时断裂；断裂件经电镜扫描结果，断裂是组织过烧造成。而该批螺栓安装时只发现个别件断裂。

该批螺栓因过烧引起的断裂不是普遍现象，只是是个别现象，由此可排除热处理环节造成的过烧。因该批螺栓采用热锻工艺成型，个别螺栓在热锻过程中加热温度控制不当很容易导致过烧，过烧螺栓因热锻时没有开裂，流入下道工序，热锻过烧的螺栓在安装时断裂。

14.11.3 结论与启示

（1）个别螺栓由于在热锻过程中加热温度控制不当导致过烧，产生热锻过烧的螺栓在安装时发生断裂。

（2）螺栓头部采用热锻工艺成型时，一定要控制热锻温度，防止螺栓热锻温度超高。

（3）加强热锻工序检查，挑出开裂件；但对极个别加热温度异常件，即使不开裂件也要挑出，防止流入下道工序，造成质量隐患。