案例一螺栓失效分析

案例一螺栓斷裂失效分析某螺栓生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的螺栓在用戶使用過程中發(fā)生斷裂，為分析螺栓斷裂原因，進(jìn)行了化學(xué)成分測(cè)試、金相組織觀察、螺栓斷口觀察、能譜測(cè)試以及硬度測(cè)試等，并對(duì)螺栓斷裂做出了結(jié)論。1、化學(xué)成分分析螺栓成分分析采用成分分析儀，正常斷裂、異常斷裂螺栓成分見表1，從表中可以看出正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓成分都符合GB/T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》中對(duì)45Mn2鋼的要求。表1材料化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)CSiMnPSCrNiFe正常斷裂螺栓0.4210.2501.4980.0110.0010.0780.021余量異常斷裂螺栓0.4250.2691.5340.011<0.0010.0680.019余量標(biāo)準(zhǔn)值0.42?0.490.17?0.371.4?1.82、金相組織分析取平行于斷裂截面的試樣，打磨、拋光并觀察其組織形貌。下圖1(a)、1(b)所示為正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓的金相組織形貌，從圖中可以看出螺栓金相組織均為回火馬氏體。(a)正常斷裂螺栓； (b)異常斷裂螺栓圖1螺栓金相組織形貌3、宏觀斷口形貌分析正常斷裂螺栓、異常斷裂螺栓宏觀斷口形貌如圖2(a)、2(b)所示。由圖可知兩個(gè)螺栓均從中心起裂，裂紋向四周擴(kuò)展。正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓斷裂截面都具有裂紋源、擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)三個(gè)部分，正常斷裂螺栓擴(kuò)展區(qū)面積比異常斷裂螺栓大，瞬斷區(qū)面積則比異常斷裂螺栓小。這與異常斷裂螺栓應(yīng)力(165KN)比正常斷裂螺栓斷裂應(yīng)力(215KN)小相吻合。同時(shí)正常斷裂螺栓斷裂截面較為平整，異常斷裂螺栓在裂紋源附近呈凹陷狀。(a)正常斷裂螺栓； (b)異常斷裂螺栓圖2螺栓斷裂截面4、微觀斷口形貌分析圖3所示為正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓斷裂截面裂紋源附近的微觀形貌，從圖中可以看出正常斷裂螺栓組織較為平整，而異常斷裂螺栓中心附近可見含有夾雜物的微孔。圖4所示為夾雜物所在位置，圖5為夾雜物能譜分析圖，表2為其對(duì)應(yīng)的元素分析表，從表中可以看出夾雜物中主要元素為O、Si，并存在少量的Mg、Al、Ca元素，其中O元素的含量很大，故較雜物主要為SiO2，存在少量的MgO、Al2O3、CaO。MO

（a）、（b）為正常斷裂螺栓；（c）、（d）為異常斷裂螺栓；（d）圖中三角形標(biāo)記為能譜點(diǎn)

圖3螺栓斷口顯微形貌圖4夾雜物能譜分析表2夾雜物能譜測(cè)試化學(xué)成分元素COMgAlSiCaFe重量百分比2.9539.482.365.8422.102.1025.18原子百分比5.6857.172.255.0218.231.2110.445、顯微硬度分析取平行于斷裂界面的試樣，磨樣、拋光并從表層到中心每隔1mm測(cè)量其顯微硬度。正常斷裂螺栓與異常斷裂螺栓的顯微硬度值如表3所示，從表3中可以看出正常斷裂螺栓和異常斷裂螺栓從表層到中心的顯微硬度都沒有明顯的差別。表3顯微硬度值（單位：HV）1mm2mm3mm4mm5mm6mm7mm8mm9mm正常斷裂螺栓376359366370353384360359342異常斷裂螺栓3583443503603583453583583576、結(jié)論（1） 正常斷裂螺栓和異常斷裂螺栓材料成分45Mn2符合標(biāo)準(zhǔn)要求，金相組織與其所使用熱處理工藝正常組織一致，兩螺栓硬度分布和大小符合工藝