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《《論文_螺栓斷裂分析報(bào)告(定稿)》》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、高強(qiáng)度螺栓斷裂分析曾振鵬（上海交通大學(xué)高溫材料及高溫測(cè)試教育部至點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200030）摘要:采用斷口分析、金相檢驗(yàn)和硬度測(cè)定等方法，對(duì)高強(qiáng)度螺栓斷裂廉因進(jìn)行了分析。斷口分析結(jié)果表明，斷口平坦，呈放射狀花樣，微觀形態(tài)主要為準(zhǔn)解理花樣，表明螺栓的斷裂是脆性斷裂；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在斷口附近還存在橫向內(nèi)裂紋，內(nèi)裂紋的斷口形態(tài)為斷裂斷口一樣。金相分析表明，材料棒屮存在嚴(yán)重的中心碳偏析，而屮心碳偏析是引起斷裂的主要原因。關(guān)鍵詞:高強(qiáng)度螺栓；準(zhǔn)解理;橫向內(nèi)裂紋；中心碳偏析某廠生產(chǎn)的一批規(guī)格為M30X160mm的高強(qiáng)度大六角頭螺栓，在進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)發(fā)生斷裂。螺栓材料為35CrMoA,采用常規(guī)工藝生產(chǎn)，硬度
2、要求為35?39HRC。1檢驗(yàn)1.1材料的化學(xué)成分用VD25直讀光譜儀進(jìn)行了材料化學(xué)成分分析，分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）列于表1。從表1可以看出，材料的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。C$1MnMoCtPsCuNi含量0.380.260.6$0.231.000.01200100.1020.059標(biāo)準(zhǔn)成分⑴0.32-0400.17-0.37Q.40-C.7C0.15-0.25080-LIO*00257025F25<0.30表1材料化學(xué)成分1.2硬度測(cè)定硬度測(cè)定結(jié)果列于表2。rh表對(duì)見，螺栓材料硬度雖符合技術(shù)要求，但已接近上限。表2螺栓材料硬度測(cè)定結(jié)果HRC123技術(shù)要求39.0一丿冬°39.035.0-39
3、.0分布見圖lo對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)[2],1.3材料的顯微組織(1)在拋光態(tài)下，可見材料中含有較嚴(yán)車的夾雜物，其形態(tài)夾雜物級(jí)別為3?4級(jí)。圖1夾雜物形態(tài)及分布狀況100X圖2螺栓的顯微組織280X4%硝酸酒精溶液侵蝕并有少量鐵索體。從圖2可(2)顯微組織見圖20組織為冋火馬氏體+粒狀貝氏體,明顯看出，組織中存在嚴(yán)車偏析，出現(xiàn)回火馬氏體和粒狀貝氏體帶，致使顯微組織不均勻,而口在回火馬氏休帶中存在MnS夾朵。對(duì)樣品螺紋根部附近的組織進(jìn)行了觀察，未發(fā)現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。1.4斷口分析(1)圖3a為斷口的宏觀形貌，斷口較平坦，表而呈灰色，有明顯的撕裂脊，呈放射狀花樣，放射線從中心向四周發(fā)射。表明裂紋先在中心形成，然
4、后向外擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展至整個(gè)橫截回時(shí)，螺栓斷裂。圖3斷口的宏觀形貌圖4斷口微觀形貌(2)斷口的微觀形態(tài)基木上以準(zhǔn)解理花樣為主，還有一些二次裂紋，如圖4所示。從斷口的宏觀和微觀分析可知，斷裂斷口為脆性斷口，裂紋起源于中心部位。裂紋產(chǎn)生后向四周擴(kuò)展，直至螺栓斷裂。1.5螺紋部位橫向內(nèi)裂紋(1)在制取金相試樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)試樣螺紋部分至少還有1?2個(gè)垂宜軸線的橫向內(nèi)裂紋，其縱截面形態(tài)見圖5,似人的嘴形。打開內(nèi)裂紋，發(fā)現(xiàn)其血積已基本占據(jù)了整個(gè)橫截血，其形態(tài)與斷裂斷口十分相似。圖3b為它的宏觀形貌。從斷口的宏觀形態(tài)上可以看出，裂紋而較平坦，呈灰色，有明顯的呈放射花樣的撕裂脊，放射線是從中心向四周放射的。比
5、較圖3a和圖3b可以看出，它們的形貌是相同的。裂紋斷口的微觀形態(tài)也是以準(zhǔn)解理花樣為主加二次裂紋。斷口的宏觀、微觀分析表明，該內(nèi)裂紋斷口與斷裂斷口本質(zhì)上是一樣的。(2)將剩余部分的螺栓沿中心縱向剖開，川10%硝酸溶液侵蝕，發(fā)現(xiàn)材料心部有嚴(yán)重的碳偏析，存在明顯的流線，見圖6。這與金相觀察結(jié)果是一致的。對(duì)存在偏析的顯微組織進(jìn)行顯微硬度測(cè)定，發(fā)現(xiàn)偏析中的冋火馬氏體區(qū)域的硬度為48.2HRC,大大高于粒狀貝氏體區(qū)域的便度(35.5HRC)o圖5螺紋部位的橫向內(nèi)裂紋縱截面形態(tài)圖6螺栓材料內(nèi)部的碳偏析2分析與討論2.1螺栓的橫向內(nèi)裂紋化學(xué)成分分析表明，螺栓材料的化學(xué)成分符合35CrMoA鋼的標(biāo)準(zhǔn)成分，其
6、硬度也在技術(shù)要求范圍內(nèi)（但己接近上限）。但是從金相分析結(jié)果可以看出，材料的內(nèi)在質(zhì)量較差，心部存在碳偏析，不僅降低了材料的韌性和塑性，而且由于組織不均勻，引起心部便度不均勻，最高破度已達(dá)48HRCo同時(shí)，材料中存在嚴(yán)垂的夾雜物，致使螺栓心部材料碳而脆，因此施加載荷后首先在心部產(chǎn)牛裂紋，而后形成橫向內(nèi)裂紋。所謂鋼材的碳偏析是指鋼材內(nèi)各部位含碳量的不均勻性。碳偏析是樹枝狀偏析的結(jié)果，而樹枝狀偏析乂是選擇結(jié)晶的結(jié)果。鋼在結(jié)晶時(shí)，先形成枝干，然后形成枝間，先結(jié)晶的枝干比較純，碳濃度鮫低，而遲結(jié)晶的枝間碳濃度較高，形成碳分布不均。若鋼材或鍛件樹枝晶發(fā)達(dá)，則鋼的塑性和韌性降低，這種情況尤以中碩鉆鉗鋼最為
7、普遍，在壓力加工時(shí)會(huì)形成流線，樹枝晶偏析嚴(yán)重時(shí)還可使鍛件破裂［3］。碳偏析是在冶金過程中由于種種原因造成的。緊固件原材料中的嚴(yán)重碳偏析會(huì)造成緊固件經(jīng)熱處理灰各部位力學(xué)性能的顯著差異。文獻(xiàn)［4］報(bào)道，有一批某型汽車上的45鋼螺栓，在使用中連續(xù)發(fā)主斷裂事故，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，斷裂是由心部開始，整個(gè)斷口呈放射狀脆斷形貌，將這批螺栓所用鋼材沿其軋制方向剖開，發(fā)現(xiàn)在試樣中心存在著內(nèi)部裂紋，經(jīng)酸蝕后對(duì)看出嚴(yán)重的中心碳偏析。所以，可以認(rèn)為，
