圆柱六角螺栓安装断裂原因失效分析

内六角圆柱头螺钉，规格为M6×18，性能等级为8.8级，材料为35钢，表面为银白色镀锌层。螺钉安装时，在很小的安装应力下发生断裂，断裂位置均为头杆结合处。

使用过程与结果

取2件断裂件进行宏观检查与分析，2件断裂件的断口相同，断口上均约有一半的区域已被氧化，颜色较深为氧化色（箭头指处），另一部分为新鲜的扭转断口，见图13-70。

图13-70断裂螺钉宏观形貌

断口扫描电镜观察：断口的低倍形貌如图13-71、13-72；裂纹起源区和扩展区已被氧化，颜色较深为氧化色，瞬断区有明显的扭转塑性断裂痕迹。  

   图13-71断口形貌                         图13-72 断口形貌

断口的高倍微观形貌：陈旧断裂区包括断裂起源区和扩展区，断裂起源区位置靠近表面，裂纹源区和扩展区被氧化，颜色较深而陈旧；氧化断裂区均为沿晶断裂并有二次裂纹；断口瞬断区为韧窝断口形貌，韧窝具有明显的方向性为扭转断裂区，如图13-73、13-74、13-75；

图13-73  氧化断裂区沿晶断裂形貌      图13-74沿晶断裂和二次裂纹形貌

图13-75 扭断区韧窝形貌

对两件断裂件进行表面硬度和心部硬度进行检测，检测结果：两件断裂件的表面硬度和心部硬度基本相同，表面硬度为 178～189 HV0.3；心部硬度为282～292 HV0.3

由于表面有脱碳现象，所以，表面硬度低。但两件断裂件的心部硬度和表面硬度均符合ISO898.1-1999标准要求。

对两件断裂件进行金相组织检查，金相组织均为正常均匀回火索氏体组织，见图13-76、图13-77。

图13-76   回火索氏体组织            图13-77  回火索氏体组织

对两件断裂件进行金相脱碳层检查，两件样品头杆结合处均存在明显的脱碳层，但深度较浅，见图13-78、图13-79。

图13-78 头部脱碳层                      图13-79  头部脱碳层

  对两件断裂件进行化学分析，两件样品的化学成分均符合ISO898.1-1999标准要求。

 分析与讨论

螺钉化学成分符合ISO898.1-1999标准要求。金相组织均为正常均匀回火索氏体组织，虽然螺钉表面存在脱碳现象，但心部硬度和表面硬度均符合ISO898.1-1999标准要求，说明螺钉断裂与螺钉材料、组织、硬度无关。

螺钉表面虽然存在脱碳层，但螺钉断裂与脱碳关系不大。螺钉断口有面积较大的陈旧横向裂纹，断裂的主要原因是螺钉头杆处存在横向裂纹，

裂纹已被氧化，颜色较深而陈旧，出现在螺钉应力集中的头杆处；微观形貌为沿晶断裂，并有二次裂纹。因为螺钉采用小规格的线材冷镦成型，成型后螺纹搓丝，然后热处理，无其他加工工序，所以，该裂纹不是原材料裂纹，也不是加工裂纹，只能是淬火时产生的淬火裂纹。

而新鲜断口面积较小，微观形貌为韧窝断口形貌，韧窝具有明显的扭转方向性，为安装时的安装应力造成。

由于螺钉存在有较大面积的横向淬火裂纹，无裂纹区的承力面积较小，在安装扭紧力不大的情况下扭转断裂。