特种钢六角头螺栓断裂分析检测

六角螺栓，规格为M12×35，性能等级为8.8级，材质为SWRCH35K，表面电镀锌。螺栓安装时，在安装力不大的情况下发生断裂。

  试验过程与结果

对断裂件进行检查，断裂件断口起裂位置位于头下圆角处，终断区位于第一螺纹牙底，终断区有轻微塑性变形，如图13-86所示。

图13-86  断裂螺栓形貌

断口宏观检查，断面左侧为一圆弧形区域，断面较平坦，表面锈蚀严重，锈蚀区域约占整个断面面积的三分之二；断面右侧为一斜断面，表面深灰色，纤维状，为新鲜断口，断口宏观形貌，见图13-87。

图13-87断口宏观形貌

对断口扫描电镜观察，锈蚀严重的圆弧形断面外侧有较多腐蚀产物，见图13-88。

断面圆弧区微观形貌，表面氧化严重，见图13-89。

对靠近圆弧边缘区域进行能谱分析，该区域含有氧和锌，见图13-90。

图13-88 断面扫描电镜照片

图13-89 断面圆弧区微观形貌

图13-90  断面能谱分析

圆弧断面与斜断面交界处的背散射电子图像，可见中间存在一条明显的分界线，圆弧断面表面氧化严重，颜色较深，见图13-91。

斜断面为新鲜断口，颜色较浅，两者交界处还有一条较深的二次裂纹，其微观形貌如图13-92所示。

斜断面表面微观形貌，表面抛物线形韧窝，并呈螺旋分布，推断该区域是在扭拉载荷下发生断裂，见图13-93。

图13-91  圆弧断面与斜断面交界处形貌

图13-92  圆弧断面与斜断面交界处二次裂纹形貌

图13-93  斜断面微观形貌

用直读光谱法对螺栓进行化学成分分析，其化学成分满足JIS G3507.1-2005标准中SWRCH35K钢的要求。

对螺栓进行表面硬度及心部硬度检测，检测结果为290～315HV10，螺栓硬度在标准规定范围之内。

螺栓金相组织为回火索氏体加铁素体，铁素体呈轻微带状分布，如图13-94所示。

图13-94 螺栓金相组织

  试验过程与结果

螺栓的材质、硬度、组织都满足技术要求，螺栓断口圆弧裂纹和断裂与螺栓的材质、硬度、组织无关。

螺栓断口分为两个区域，其中一个区域的弧形断面陈旧，表面氧化严重，且边缘附近含有氧和锌，该圆弧裂纹存在于电镀之前，电镀时渗入了锌；

该螺栓规格为M12，采用线材冷镦成型，成型后螺纹搓丝，然后热处理，无其他加工工序，该裂纹位于螺栓的应力集中的头下圆角处，不是原材料裂纹，也不是加工裂纹，只能是淬火时产生的淬火裂纹。

淬火裂纹主要是由于热处理工艺不当或热处理操作不当造成。

断口起裂位置位于螺栓的应力集中的头下圆角处，弧形断面没有断裂前是一横向裂纹，为典型的淬火裂纹，在随后的回火中被氧化，电镀时渗入锌。

由于该裂纹较深，占到整个螺栓截面的三分之二左右，使得螺栓的有效承载面积显著降低，其承载的强度不大，当安装扭矩超过其承载强度时便发生断裂，因此最终断裂区形貌表现为扭拉断裂。

  结论与启示

（1）由于螺栓存在较深的淬火裂纹，使其在安装扭转载荷不大的情况下发生断裂

（2）螺栓存在较深的淬火裂纹是由于热处理工艺不当造成。

（3）螺栓热处理时要严格按热处理工艺操作，当发现问题时，增加目视检查和探伤检查