螺紋緊固件失效分析案例(第1部分)

1、螺紋緊固件失效分析案例全國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)機(jī)械工業(yè)通用零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心二00八年6月機(jī)械產(chǎn)品失效是一門(mén)關(guān)于研究機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的綜合性技術(shù)學(xué)科， 主要研究失 效的規(guī)律與機(jī)理。機(jī)械零件的失效是在特定的工作條件下， 當(dāng)其所具備的失效抗 力指標(biāo)不能滿足工作條件的要求時(shí)發(fā)生的。 導(dǎo)致零件失效的本質(zhì)原因可能是材料 本身的失效抗力不足，也可能是零件存在與設(shè)計(jì)或制造等過(guò)程有關(guān)的缺陷。 產(chǎn)品 的早期失效往往是產(chǎn)品質(zhì)量低劣或質(zhì)量管理不善及科學(xué)技術(shù)水平不高的直接反 映。失效發(fā)生后能否盡快作出正確的判斷，確定失效原因，制定防止失效的措施， 則是衡量有關(guān)科技人員技術(shù)水平的重要標(biāo)志。加入WTC后，我國(guó)的產(chǎn)品

2、將參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，于是提高產(chǎn)品質(zhì)量成為提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。 失效分析則是定 量評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，也是保證產(chǎn)品可靠性的重要手段。機(jī)械科學(xué)研究總院、機(jī)械工業(yè)通用零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心在進(jìn)行大量 失效分析的基礎(chǔ)上（包括對(duì)斷裂、腐蝕和磨損的深入研究，特別是斷口、裂紋和 痕跡分析），分析了可能出現(xiàn)失效的形式和類型，以供大家在生產(chǎn)中借鑒，在生 產(chǎn)工藝中加以避免出現(xiàn)失效的可能； 同時(shí)，在今后的質(zhì)量糾紛中維護(hù)自己的正當(dāng) 權(quán)益。機(jī)械工業(yè)通用零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心熊學(xué)端研究員從事了幾十年失 效分析研究工作，有很深的理論造詣，積累了豐富的失效分析經(jīng)驗(yàn)，本文中列舉 了部分螺紋緊固件失效分析案例，希

3、望能夠?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)及用戶提供良好的參考和 借鑒；同時(shí)，中心愿為生產(chǎn)企業(yè)和用戶在今后的失效分析中提供技術(shù)咨詢和指導(dǎo)。全國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)第一部分 失效分析概述11. 失效定義12. 失效分析的意義、目的13. 失效的來(lái)源14. 失效分析的思路、方法15. 斷口分析26. 斷口分析部分名詞術(shù)語(yǔ)3第二部分失效分析案例71. 汽車上臂螺栓斷裂原因分析72. 溜冰鞋螺釘、螺母斷裂原因分析123. 緊定螺釘斷裂原因分析報(bào)告204. 連桿螺栓斷裂原因分析255. 汽車輪轂螺栓斷裂原因分析296. M8X55高強(qiáng)度螺栓斷裂原因分析337. 高壓開(kāi)關(guān)螺栓斷裂原因分析報(bào)告378. 溝槽剛性接頭緊固螺栓斷裂原因

4、分析報(bào)告429. 定位螺釘斷裂原因分析4710. M36X280 高強(qiáng)度螺栓斷裂原因分析5311. 高壓線塔聯(lián)結(jié)螺栓斷裂原因分析5912. 中壓電器用螺栓斷裂原因分析報(bào)告6413. 網(wǎng)架螺栓斷裂原因分析6614. 螺釘斷裂原因分析6915. 吊環(huán)螺釘斷裂失效分析73螺栓失效原因分析79第一部分 失效分析概述在具體講述螺紋緊固件失效分析案例以前，先對(duì)失效分析的定義、意義、目的；失效的來(lái)源；失效分析的思路與方法；斷口分析和名詞術(shù)語(yǔ)等做一簡(jiǎn)單敘述。1. 失效定義 一個(gè)零件或部件不能履行設(shè)計(jì)賦予它規(guī)定的功能， 稱該零件或部件失效。它 包括以下三個(gè)內(nèi)容：a.完全不能工作；b.可以工作，但不能令人滿意地完

5、成預(yù)期 的功能；c.受到嚴(yán)重?fù)p傷不能可靠而安全的連續(xù)使用，必須拆下來(lái)進(jìn)行修理或更 換。應(yīng)注意把失效與廢品區(qū)別開(kāi)來(lái)，前者是在使用過(guò)程中出現(xiàn)的，后者是在生產(chǎn) 制造過(guò)程中產(chǎn)生的。另外，失效又分為正常失效和非正常失效， 達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的為正常失效，反 之為非正常失效，后者才是通常失效分析工作的主要對(duì)象。2. 失效分析的意義、目的 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)，是為社會(huì)提供質(zhì)量好、壽命長(zhǎng)、成本低的產(chǎn)品。一種新產(chǎn)品的誕生，開(kāi)始并不是完美的， 多少會(huì)存在各種大小不同的問(wèn)題，這在 設(shè)計(jì)、制造中可能難以發(fā)現(xiàn)，往往只有在使用中才能充分暴露。為此，設(shè)計(jì)、制 造者必須針對(duì)產(chǎn)品使用中出現(xiàn)的失效進(jìn)行仔細(xì)分析， 找出問(wèn)題的癥結(jié)，

6、重新改進(jìn) 設(shè)計(jì)、制造。再投入使用，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再改進(jìn)，這個(gè)循環(huán)過(guò)程也許要反復(fù)進(jìn)行多 次。因此，失效分析是機(jī)械差品的質(zhì)量由不完善走向完善的必經(jīng)之路， 是機(jī)械產(chǎn) 品可靠性設(shè)計(jì)重要的一環(huán)。最近一些年來(lái)，委托我們進(jìn)行失效分析的任務(wù)越來(lái)越 多，這是好事，這并不反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量越來(lái)越差，而恰恰反應(yīng)了生產(chǎn)者、客戶對(duì)產(chǎn) 品高質(zhì)量的追求。3. 失效的來(lái)源造成失效的來(lái)源主要有以下方面：設(shè)計(jì)選材材料缺陷制造工藝（冷加工、熱加工、表面處理等等）貯存、運(yùn)輸（碰撞、銹蝕）裝配（如螺栓擰緊力矩）服役條件（環(huán)境溫度、受力狀態(tài)、腐蝕環(huán)境、相關(guān)件的影響等） 因此，失效來(lái)源不能單歸咎于生產(chǎn)制造者，還包括流通環(huán)節(jié)和使用者的一些 問(wèn)題。4.

7、 失效分析的思路、方法 失效分析也有繁、簡(jiǎn)之分。一些零部件的失效在現(xiàn)場(chǎng)很快能確定失效原因，這是簡(jiǎn)單的。但是對(duì)一些大型零部件（如飛機(jī)、電站轉(zhuǎn)子） ，一些復(fù)雜且影響 因素很多的零部件的失效分析，則必須組織多專業(yè)的科技人員，動(dòng)用一些專用的 檢測(cè)儀器設(shè)備。進(jìn)行失效分析時(shí)，要做的工作包括(根據(jù)分析工作的難易來(lái)取舍) ：(1) 收集背景資料：失效件的設(shè)計(jì)圖紙、要求；失效件的制造歷史；失 效件的服役情況、環(huán)境、受力情況。(2) 失效件的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)：運(yùn)行記錄、詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)人員、拍照。(3) 化學(xué)成分分析：鑒別材料的選擇是否正確。(4) 無(wú)損探傷：磁粉、超聲波、著色、渦流、X射線、丫射線、工業(yè)CT。(5) 斷口分析：

8、保存好失效件的斷口，不要受到損傷，不要將兩個(gè)斷口 去吻對(duì)，斷口上的附著物不要忙于清除。斷口的清洗要小心謹(jǐn)慎。( 6) 金相檢驗(yàn)：包括低倍與高倍。( 7) 斷口電鏡分析：掃描電鏡，透射電鏡，俄歇譜儀，能譜分析等。(8) 相結(jié)構(gòu)分析：X射線衍射。(9) 受力分析：光彈，應(yīng)變片，涂漆，X 射線應(yīng)力測(cè)定。(10) 力學(xué)性能測(cè)試：硬度，c b,(T s, S, Ak,Kic, da/dN。(11) 斷裂模擬試驗(yàn)：對(duì)一些吃不準(zhǔn)的破壞形式，根據(jù)受力條件、環(huán)境進(jìn) 行模擬重現(xiàn)。( 12) 分析、結(jié)論。5. 斷口分析斷裂是機(jī)器零件失效最嚴(yán)重的表現(xiàn)形式之一。 對(duì)斷裂的研究已發(fā)展成一門(mén)獨(dú) 立的邊緣學(xué)科，涉及到斷裂力學(xué)

9、，斷裂物理，斷裂化學(xué)和斷口學(xué)等多個(gè)分支。其 中斷口存儲(chǔ)記錄了大量失效特征及失效原因的信息， 因此，斷口分析是失效分析 最基本，也是最重要的方法之一。盡管如此，在斷口上記錄的信息畢竟有限，加 之對(duì)斷口的基本研究仍在深入，以及在復(fù)雜工況條件下斷口形貌的變異， 增加了 斷口分析的難度和結(jié)論的可靠性。因此絕不能把斷口分析和失效分析等同起來(lái)， 把斷口分析所得出的結(jié)論充當(dāng)零件失效原因的結(jié)論。( 1 ) 斷口保存 斷口不要磕碰，不要把兩個(gè)匹配斷口用力去吻對(duì)，以免斷口形貌失真。斷口 上的一些殘留物、污跡往往是失效的證據(jù)，不要輕易去除。比如斷口上的油污、 銹跡等往往是裂紋產(chǎn)生在熱處理前或后的判據(jù)。 待分析的斷口

10、要用干凈的紙、布 包好，防潮，以免銹蝕。( 2) 存在多個(gè)斷口時(shí)，對(duì)每個(gè)斷口的位置要標(biāo)明，編號(hào)，照相留存。( 3) 斷口清洗 當(dāng)對(duì)斷口要進(jìn)行清洗時(shí)，可用酒精、丙酮等清洗；不干膠帶反復(fù)粘貼；電鏡 薄膜粘貼；超聲波清洗。當(dāng)斷口污染、銹跡嚴(yán)重時(shí)，可用化學(xué)方法清洗；呈弱酸性的溶液，堿液清洗(如醋酸，磷酸，稀氫氧化鈉溶液，10滄20%勺草酸等)。清洗完后，用酒精淋洗，吹干后便于觀察或置于干燥箱中保存。( 4) 二次斷口的打開(kāi)有時(shí)斷口受到嚴(yán)重?fù)p壞，斷裂細(xì)節(jié)觀察不到，此時(shí)可將次生裂紋處打開(kāi)進(jìn)行 觀察，往往可以更加真實(shí)地反映斷裂的細(xì)節(jié)。此時(shí)，應(yīng)將斷裂處反響折斷，以防 斷口受到擠擦損傷，有時(shí)可將試樣深冷處理（如

11、液氮），使材料脆化，便于折斷。（5） 配對(duì)斷口的提供。有時(shí)單個(gè)斷口不能反映斷裂的力學(xué)特征， 對(duì)配對(duì)斷口進(jìn)行觀察比比對(duì)便可得 出結(jié)論，如張開(kāi)型斷裂，扭轉(zhuǎn)剪切型斷裂，從韌窩的相對(duì)變形方向便可判斷受力 性質(zhì)（圖1）。圖1在三種應(yīng)力狀態(tài)下形成的顯微空洞及微坑形狀的示意圖（a）正應(yīng)力（b）剪切應(yīng)力（c）撕裂應(yīng)力為了對(duì)斷裂性質(zhì)作初步定性分析，在肉眼觀察零件的實(shí)際斷口時(shí)，主要從以 下幾個(gè)方面入手：（1）觀察斷口是否存在放射花樣或人字紋，人字紋的頂點(diǎn)就是裂紋源的 位置。根據(jù)放射區(qū)和纖維區(qū)面積的相對(duì)大小，可以大致定性估計(jì)斷裂性質(zhì)。放射 區(qū)大，所受外力就大，脆性也就越大。（2）斷口上是否存在弧形線，如有海灘狀弧線

12、，說(shuō)明是疲勞破斷。（3）斷口的粗糙程度，斷口越糙，表明韌性纖維斷裂所占比重越大。反 之，斷口細(xì)平，多光澤，貝懈理脆性斷裂所占比重大。（4）斷口顏色，斷口灰暗，塑性大。（5）斷口與最大正應(yīng)力方向的交角。脆斷時(shí)，斷口與最大正應(yīng)力方向垂 直，而純剪斷時(shí)斷口與最大切應(yīng)力方向平行。6. 斷口分析部分名詞術(shù)語(yǔ)（1）沿晶斷裂實(shí)際金屬材料為多晶粒結(jié)構(gòu)，晶粒之間的邊界稱之為晶界，沿晶界擴(kuò)展的裂 紋，叫沿晶斷裂。圖2就是它的斷口形貌，宛如冰糖狀，所以又叫冰糖狀斷口。圖2沿晶斷裂斷口形貌2000X（2）穿晶斷裂與沿晶斷裂相反，裂紋在晶粒內(nèi)部擴(kuò)展。（3）解理斷裂一種在正應(yīng)力作用下產(chǎn)生的穿晶斷裂，通常沿一定的嚴(yán)格的晶面

13、一一解理面 分離，如體心立方金屬中，（001）面就是解理面。解理斷裂的形貌特征為河流花 樣，河流的上游（支流）就是裂紋發(fā)源處。肉眼觀察斷口時(shí)，旋轉(zhuǎn)斷口，可以看 到許多閃閃發(fā)光的亮點(diǎn)（常稱小刻面）就是解理面。解理斷裂形貌如圖3所示圖3解理斷裂的河流花樣（4）準(zhǔn)解理斷裂在斷口微觀形貌上，可看到解理斷裂的特征，同時(shí)又伴隨著一定的塑性變形 痕跡，稱之為準(zhǔn)解理（如圖4）。圖4準(zhǔn)解理形貌2400 X(5) 韌窩它的斷裂特征是發(fā)生了明顯的塑性變形。 斷裂過(guò)程由顯微空洞的形成、 長(zhǎng)大 連接組成。這些顯微空洞稱之為韌窩(圖 5)。這種斷裂方式屬于韌性斷裂。圖5韌窩斷裂5500 X(6) 剪切唇斷裂過(guò)程的最后階段

14、，表面光滑，與拉應(yīng)力方向呈 45度，通常稱之為拉邊, 此時(shí)裂紋是在平面應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，材料塑性變形很大。(7) 放射花樣裂紋快速擴(kuò)展在斷口上留下的撕裂痕跡，它的放射方向就是裂紋擴(kuò)展的方向 (圖 6)。圖6放射花樣（8）疲勞斷裂在全部結(jié)構(gòu)零件的破壞中，疲勞斷裂占絕大多數(shù)，因此引起人們的特別關(guān)注。疲勞是在周期交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的一種突發(fā)破壞形式，在靜載荷條件下不 存在疲勞。疲勞的抗力指標(biāo)是疲勞極限C r。通常低于材料的屈服極限。疲勞斷裂，在宏觀上沒(méi)有顯著的塑性變形，從這個(gè)意義上說(shuō)，疲勞破斷屬于 脆性斷裂。疲勞斷口大體上可分成三個(gè)區(qū)：裂紋源區(qū)；裂紋擴(kuò)展區(qū)；裂紋快速擴(kuò)展區(qū)（瞬 斷區(qū)）和剪切唇（

15、圖7）。圖7疲勞斷口形貌疲勞源區(qū)：一個(gè)光滑、細(xì)膩的細(xì)小區(qū)域，由于受交變應(yīng)力的作用，裂紋兩側(cè) 因反復(fù)擠壓而變得平坦、光滑。裂紋擴(kuò)展區(qū)：該區(qū)的最大特點(diǎn)是有疲勞弧線（又稱貝殼花樣或海灘花樣），這是裂紋擴(kuò)展中的停頓或應(yīng)力大小變化時(shí)， 裂紋前沿線所留下的痕跡。該區(qū)的微 觀形貌是存在疲勞輝紋（圖8），這是一些相互平行的條帶，每一個(gè)條帶對(duì)應(yīng)一 次應(yīng)力循環(huán)圖8疲勞輝紋1000 X瞬斷區(qū)：疲勞裂紋擴(kuò)展至一定深度后，零件的剩余截面積不足以抵抗外力的 作用而產(chǎn)生瞬時(shí)破斷。該區(qū)的特征是放射條帶和剪切唇。第二部分失效分析案例1.汽車上臂螺栓斷裂原因分析某汽車公司的汽車上臂螺栓在服役中發(fā)生早期斷裂，行駛里程約1500公里

16、供貨方要求對(duì)螺栓斷裂原因進(jìn)行分析。螺栓材料為35CrMo規(guī)格為 M121.25 X 65-10.9，表面鍍黃鋅。送檢樣品2件，均為斷裂螺栓尾部的一段，其中一件長(zhǎng)度約30m（以下稱為1號(hào)）；另一件尾部被車切去一段，剩余長(zhǎng)度約 20m（以下稱為2號(hào)）。一、檢驗(yàn)結(jié)果1.外觀斷裂螺栓未見(jiàn)塑性變形，但牙頂明顯可見(jiàn)壓塌、磕傷痕跡。螺栓中部一段（距 斷口約7扣處）明顯發(fā)黑，很明顯該段為擰入螺母中的區(qū)域。2.斷口對(duì)斷口進(jìn)行體視顯微鏡和掃描電鏡觀察， 兩個(gè)螺栓的斷口形貌基本相同（圖 1），明顯可見(jiàn)疲勞海灘狀弧線。7#1號(hào)2號(hào)圖1 螺栓斷口形貌以1號(hào)斷口為例，斷口明顯分為3個(gè)區(qū)。I區(qū)為疲勞源區(qū)，位于牙底表面， 在

17、該區(qū)存在多個(gè)剪切臺(tái)階，系牙底應(yīng)力集中而引發(fā)的多個(gè)疲勞源區(qū)相交界面撕裂 而成；U區(qū)為疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)；川區(qū)為裂紋快速擴(kuò)展區(qū)及瞬斷區(qū)（剪切唇） 。在 疲勞源區(qū)可見(jiàn)牙底存在的裂紋（圖 2），在U區(qū)的高倍放大形貌中可見(jiàn)疲勞輝紋 （圖3），快速擴(kuò)展的微觀形貌為細(xì)小韌窩及撕裂棱（圖 4）。圖2 疲勞源區(qū)牙底裂紋（箭頭所指）圖 3疲勞n區(qū)的疲勞輝紋圖4快速擴(kuò)展區(qū)的韌窩花樣3.螺栓表面觀察去除螺栓表面的鍍鋅層后在掃描電鏡下觀察，可見(jiàn)絕大部分牙底均存在周向裂紋，兩個(gè)螺栓均如此（圖5中箭頭所指）。ab2號(hào)螺栓）4.硬度1號(hào)螺栓為33.0HRC（三點(diǎn)平均）2號(hào)螺栓為35.0HRC（三點(diǎn)平均）5.金相將斷裂螺栓沿中心線

18、軸向剖開(kāi)，利用顯微硬度法檢測(cè)脫碳層（G 值和E值）1 號(hào)螺栓：G=0, E= 0.35mm2 號(hào)螺栓：G=0, E=0.41mm圖6為螺栓表面脫碳層的金相組織。1號(hào)螺栓25 X圖62號(hào)螺栓25X 螺栓表面的脫碳層在剖面上可觀察到，幾乎所有的牙底存在明顯的裂紋， 兩個(gè)螺栓的情況基本 相同（圖6），這與螺栓表面掃描電鏡（圖5）所看到的情況吻合。裂紋的高倍放 大形貌表明，該裂紋實(shí)際上是一種加工折疊，折疊方向?yàn)橥怀?，在折疊的缺 口尖端誘生出細(xì)小的徑向裂紋。25 X100X1號(hào)螺栓（右圖為左圖的放大）1026 X100X2號(hào)螺栓（右圖為左圖的放大）圖7螺栓牙底裂紋（箭頭所指）（A處為折疊，B處為疲勞

19、裂紋）1 級(jí)（GB螺栓材料的非金屬夾雜物主要為球狀不變形夾雜物，評(píng)定為10561-1989 （圖 8）。#圖8原材料的非金屬夾雜物100 X螺栓基體組織為均勻的保持馬氏體位向的回火索氏體組織（圖9）,但在牙底折疊裂紋處由于脫碳而存在較多的鐵素體，該處的硬度為287HV0.31 號(hào)螺栓500 X2 號(hào)螺栓500 X2號(hào)螺栓250 X圖9 螺栓金相組織另外，在1號(hào)螺栓的縱向金相磨面上，清晰可見(jiàn)一條淺色的貫穿螺栓全長(zhǎng)的 管狀偏析條帶（圖10）,在該區(qū)存在較多的線點(diǎn)狀?yuàn)A雜。而 2號(hào)螺栓卻不存在上 述現(xiàn)象。圖101號(hào)螺栓中心區(qū)的帶狀偏析 8 X二、分析檢驗(yàn)結(jié)果表明，兩個(gè)螺栓的基體組織為正常的回火索氏體。

20、 基體硬度符合標(biāo) 準(zhǔn)GB/T3098.1-2000中對(duì)10.9級(jí)螺栓所規(guī)定的3239HRC的范圍。兩個(gè)螺栓的E值（1號(hào)為0.35mn,2號(hào)為0.41mr）i均不符合上述標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定 的最小值（0.0511mm，說(shuō)明螺栓表面的半脫碳深度已經(jīng)超標(biāo)。兩個(gè)螺栓的斷口存在明顯的海灘狀疲勞弧線和疲勞輝紋， 表明螺栓的斷裂為 疲勞破斷。最后斷裂區(qū)位于螺栓表面一側(cè)，由此可判斷。螺栓在使用過(guò)程中承受 的是單向彎曲疲勞應(yīng)力。從斷口中疲勞區(qū)和快速擴(kuò)展區(qū)的相對(duì)大小來(lái)看， 說(shuō)明螺 栓承受的是中等強(qiáng)度的外加載荷。斷裂的兩個(gè)螺栓牙底存在折疊缺口（圖 7），折疊形成的尖銳缺口因應(yīng)力集 中可能會(huì)削弱螺栓的疲勞強(qiáng)度，因而極易在缺口

21、尖端誘發(fā)疲勞裂紋的萌生， 牙底 折疊缺口在離斷口的第二個(gè)牙底就已經(jīng)存在， 該處并未擰入螺母中，說(shuō)明折疊并 非是由于螺栓強(qiáng)迫擰入螺母而形成的（假定螺栓擰入螺母的部位可能產(chǎn)生此類折 疊的話）。當(dāng)然，在螺栓與螺母的裝配過(guò)程中，倘若由于某些原因出現(xiàn)強(qiáng)迫裝配 的情況，在螺栓中將會(huì)形成過(guò)大的附加拉應(yīng)力，無(wú)疑也會(huì)降低螺栓的壽命。在 1號(hào)螺栓心部產(chǎn)生的管狀偏析帶，是由于原材料生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，盡管 不是造成螺栓斷裂最直接的原因，但對(duì)螺栓的壽命有不利影響，在金相觀察中， 發(fā)現(xiàn)位于偏析區(qū)的斷口區(qū)比正常區(qū)域存在多而深的二次裂紋證明了這一點(diǎn)。三、結(jié)論1. 兩個(gè)螺栓的斷裂屬于單向彎曲疲勞斷裂。裂紋由螺栓牙底部的折疊尖銳

22、缺口處開(kāi)始擴(kuò)展。122.溜冰鞋螺釘、螺母斷裂原因分析一、概況某廠生產(chǎn)的溜冰鞋輪子上的螺釘、螺母在裝配后未經(jīng)使用便出現(xiàn)自然斷裂。 因此，該廠要求對(duì)螺釘斷裂的原因進(jìn)行分析。螺釘規(guī)格為M515.5，材料為1018鋼；螺母外形尺寸為由6. 3X32. 5, 材料為10B2I。螺釘經(jīng)滲碳處理，表面鍍鋅。送檢樣品包括斷裂和未斷裂的螺釘和螺母共計(jì) 36個(gè)螺釘斷裂位于螺紋終止 端最后一扣處或過(guò)渡圓角處，其中以過(guò)渡圓角處斷裂為最多。螺母全斷在內(nèi)螺紋 終止處。斷裂與未斷裂螺釘、螺母的典型外觀形貌如圖 1。圖1斷裂與未斷裂螺釘外觀形貌13二、檢測(cè)1.斷口圖2分別為螺釘、螺母斷口的低倍體視形貌。螺釘斷口為平斷口，無(wú)剪

23、切唇， 宏觀上可斷為脆性斷口，斷裂快速擴(kuò)展區(qū) 放射狀條紋區(qū)占斷口面積的 3/4， 從放射條紋的收斂方向可知，斷裂源位于螺紋表面。螺母斷口為斜斷口，外圓周存在明顯的剪切唇，與剪切唇相對(duì)方向?yàn)閿嗔言?區(qū)，即斷裂起始點(diǎn)位于內(nèi)螺紋的齒根部。 從剪切唇明顯存在的事實(shí)說(shuō)明螺母的宏 觀塑性較好。在掃描電鏡下觀察斷口，螺釘斷裂源區(qū)的微觀形貌為沿晶斷裂， 并存在二次 裂紋，晶粒表面存在微量塑性變形及雞爪花樣（這是氫脆的典型斷口特征）（圖3），另外在斷裂起始區(qū)附近的表面觀察到表面裂紋（圖 3c中箭頭所指）。裂紋快 速擴(kuò)展區(qū)的微觀形貌為準(zhǔn)解理斷裂（圖4），部分區(qū)域也存在部分韌窩及沿晶特征， 并有二次裂紋。螺釘8X圖2螺釘、螺母斷口低倍體視形貌螺母8X（箭頭所指為斷裂源區(qū)）(a)(b)(c)圖3螺釘斷口源區(qū)掃描電鏡形貌圖4螺釘斷口裂紋快速擴(kuò)