35CrMo钢螺栓断裂原因分析.pdf

测试与分析收稿日期:作者简介:韩克甲()男高级工程师主要从事机械产品和金属材料检验检测工作:.科研项目:国家市场监督管理总局科技计划项目()钢螺栓断裂原因分析韩克甲李锦锦聂小可刘 丽(.国家泵类产品质量检验检测中心山东 淄博.淄博市产品质量检验研究院山东 淄博)摘 要:一批 钢螺栓中有一部分使用了 个月后断裂 为揭示其断裂的原因对断裂的螺栓进行了宏观检查、化学成分分析、抗拉强度和硬度检测、金相检验及断口分析 结果表明:螺栓有极不均匀的脱碳层且抗拉强度低于要求值导致使用中螺栓因螺纹根部形成细微的应力裂纹并逐步扩展而断裂关键词:螺栓脱碳应力裂纹中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:引言螺栓的受力较复杂使用中易发生断裂 近年来螺栓疲劳失效事故频发造成了较大的损失 统计表明约有 的螺栓属于疲劳断裂且常起始于螺纹根部有时也发生在螺栓头杆的交接处某钢结构公司一批 螺栓材料为 钢使用了两个月后有多根螺纹根部断裂该批螺栓的制造工艺为:冷拨冷锻机加工 油淬清洗 回火镀锌 本文对断裂螺栓进行了宏观检验、化学成分分析、抗拉强度和硬度检测及金相检验 理化检验.宏观检验失效螺栓如图 所示断口外缘有明显的点状疲劳源是典型的疲劳断裂如图 所示图 断裂的螺栓热处理 年第 卷 第 期图 螺栓断口的宏观形貌.化学成分分析从失效螺栓断口附近取样进行化学分析结果如表 所示螺栓化学成分符合/合金结构钢要求 表 断裂螺栓的化学成分(质量分数)单位:.力学性能检测检测了螺栓的抗拉强度并进行了紧固件保证应力试验结果见表 根据/.断裂螺栓的抗拉强度偏低但保证应力试验结果符合要求表 螺栓的抗拉强度和保证应力试验结果抗拉强度/保证应力/符合要求要求值 施加 载荷卸载后紧固件总长度与加载前相同(.误差).硬度测定测定了断裂螺栓的维氏硬度试验力为 结果见表 螺栓心部硬度符合要求表面硬度显著低于心部硬度说明螺栓表面脱碳 螺栓横表层的硬度分布如图 所示全脱碳层深度约为.表 断裂螺栓的硬度/部位表面心部测定值要求值图 断裂螺栓横表层的硬度分布.金相检验从失效螺栓断口附近取样进行金相检验结果如图 图 所示 螺栓的全脱 碳 层 深 度 为.最深处达.且有多条、应力裂纹基体组织为回火索氏体图 螺纹部位的脱碳层.断口分析采用扫描电子显微镜对螺栓进行了断口分析结果如图 所示 断口有密集光亮的贝壳状条纹裂纹扩展区有光滑的贝纹线瞬断区有韧窝图 螺纹部位的全脱碳层及应力裂纹图 螺栓的显微组织热处理 年第 卷 第 期图 螺栓断口裂纹起始区()、扩展区()和瞬断区()的扫描电子显微图 分析与讨论失效螺栓化学成分符合要求表面硬度明显低于心部抗拉强度低于要求 断口有韧窝为韧性断口 可以断定裂纹是使用中形成的 螺纹根部没有加工变形可断定是先机加工再进行热处理导致表面有脱碳层且完全脱碳层极不均匀最大脱碳层深达.不符合/要求 由于脱碳层会降低硬度、耐磨性和耐疲劳性能使用中螺纹根部脱碳层最深处产生的应力值超过强度极限时产生裂纹直至断裂 结论失效 钢螺栓严重脱碳且脱碳层深度极不均匀抗拉强度偏低导致裂纹的萌生、扩展直至断裂 应改进调整调质处理工艺防止螺栓表面脱碳并适当提高回火温度有效避免心部应力裂纹的产生参考文献 赵强曹佳丽丁景焕等.钢螺栓断裂原因分析.上海金属():.牛禧张睿许先果.高强螺栓断裂原因分析.热加工工艺():./合金结构钢./.紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 李炯辉林德成.金属材料金相图谱.北京:机械工业出版社.(上接第 页)发生故障而将钢筋浸泡于水中必须完全切除浸泡于水中的钢筋图 号钢筋断口的微观形貌()及其能谱分析()参考文献 张志强李新华李克让.级螺纹钢反弯性能研究.河北冶金():.门生会.关于建筑钢材质量影响因素与检测技术探讨.中国建筑金属结构.():.孙江波翟晓毅徐斌等.棒材堆钢原因分析及控制措施.炼钢():.张珏遂.螺纹钢质量影响因素分析及改进研究.金属材料与冶金工程():.热处理 年第 卷 第 期