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螺栓断裂分析,1,通过宏观检验、断口分析、金相检验、显微硬度测试等方法，对螺栓断裂的原因 进行了分析。结果表明：螺栓外侧牙底存在大量热处理裂纹和滚压过程中造成的折叠，在动载荷作用下逐渐扩展，最终导致螺栓发生了疲劳断裂。,2,图 螺栓断裂及试样选取位置,某高速列车上使用的一批高强度螺栓 在使用过程中发生批量断裂，断裂位置为螺栓的螺 纹部位，且位于距光杆第扣螺纹处，断裂面呈横向断裂，如图所示。该螺栓的主要制造工艺为滚压加工后调质处理。为了避免此类事故的再次发生，对该螺栓进行了理化检验及断裂原因分析。,3, 理化检验,. 宏观断口分析,螺栓断裂均发生在螺纹根部，断口宏观特征基本相同，呈暗灰色，断面干净整洁无明显锈蚀。通过进一步仔细观察发现该断口分为个明显的区域，如图所示，区为裂纹源区；区为裂纹扩展区，面积较大且较平整，有明显的疲劳弧线；区为瞬间断裂区，面积较小且断面较粗糙。根据现有研究成果可知，该断口的形貌为典型的疲劳断口形貌，结合其受力状态，可初步判定该螺栓的断裂类型为低应力疲劳断裂。,图 螺栓的宏观断口形貌,4,. 裂纹形貌观察,在低倍显微镜下观察发现螺纹牙底分布着大量细长的裂纹，如图，4所示。,图 螺纹表面的热处理裂纹,图 螺纹齿根底部的热处理裂纹,5,进一步沿轴线切开螺纹轴（图），研磨剖面在高倍显微镜下观察，发现裂纹自表层向心部延伸，起始端开口较宽，尾部细长曲折，且大裂纹附近分布着大量细长的小裂纹，如图所示，经体积分数为的硝酸酒精溶液轻微侵蚀后，发现裂纹呈沿晶断裂特征，如图所示，裂纹内部整洁，无明显夹杂物，此现象为明显的热处理裂纹。裂纹深度为，最大深度可达到 以上，裂纹附近未发现有明显的非金属夹杂物。,图5 纵剖面热处理裂纹的未侵蚀形貌,图 沿晶热处理裂纹侵蚀后的形貌,6,. 显微组织及显微硬度检测,螺栓的热处理工艺为调质处理，显微组织为正常的回火索氏体（图7），符合调质处理的显微组织状态。回火索氏体是马氏体的一种回火组织，是铁 素体与粒状碳化物的混合物，具有良好的韧性和塑性，同时具有较高的强度和硬度，具备良好的综合力学性能。对螺栓心部进行维氏硬度检测，检测结果为 ，符合相关标准中硬度 的要求。,图7 螺栓心部的显微组织,7,另外在螺纹的表面也发现了如图8所示的不光滑起皮现象，截取端面研磨后置于光学显微镜下观察，发现在如图9中箭头所指处的螺纹表面存在大量 折叠缺陷。折叠缺陷是由于螺纹表层在滚压过程中受到挤压力而产生的重叠层。,图8 螺纹表面的起皮现象,图9 牙底的折叠缺陷,8, 分析与讨论,（1）螺栓断口无明显的宏观塑性变形，裂纹扩展区面积较大，且较平整，有明显的疲劳弧线，瞬断区面积较小，结合螺栓的工作状态可以判断，该螺栓的断裂性质为低应力疲劳断裂。,（2）经裂纹宏观与微观形貌观察，发现几乎每个螺纹牙底都分布着细长的热处理裂纹。裂纹开口端较宽，尾部细长曲折，呈沿晶断裂，为典型的热处理裂纹形貌。,（3）另外发现螺纹表面不光滑，主要是由于螺栓的滚压工艺不当，造成了折叠、起皮等缺陷所致。,9, 结论,螺栓的断裂性质为低应力疲劳断裂。该螺栓在制造过程中由于热处理及滚压工艺不当，造成了大量的裂纹和缺陷，这些裂纹和缺陷存在很大的应力集中，成为疲劳裂纹源，在循环应力的作用下裂纹逐渐扩展，最终发生了疲劳断裂。,10,Thank you ！,11,
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