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M56螺栓斷裂失效的案例分析

2024年10月06日 仁成精密鋼管廠1333???3??? 鋼鐵知識 百度已收錄 № 133058
我公司生產的用于回轉部上上框架外側弧形框連接法蘭最外側上部的兩件M56×210螺栓發生斷裂。螺栓規格為M56，所用材料為40Cr，設計要求硬度為28～32HRC，表面鍍鋅，鍍層厚度設計要求為7～12μm。兩件斷裂螺栓宏觀形貌如圖1所示，斷裂位置均位于螺紋段，1#螺栓斷裂位置距端頭約50mm（裝配面附近），2#螺栓斷裂位置距端頭約70mm，斷裂位置未見機械損傷及明顯塑性變形痕跡，斷口及螺栓表面存在明顯的腐蝕痕跡。螺栓緊固件是機械設備上不可缺少的通用零部件，用量大，使用范圍廣，對其斷裂失效原因進行分析是十分必要的。

圖1  斷裂螺栓宏觀形貌


1. 檢驗與結果
（1）宏觀分析
體視顯微鏡下觀察兩螺栓斷口，宏觀形貌相似，斷口凹凸不平，斷面粗糙，存在明顯的腐蝕痕跡，其中2#斷口腐蝕程度更嚴重；源區位于螺紋根部表面，為線源起裂，擴展區呈放射狀，如圖2所示。

圖  2


（2）斷口掃描電鏡分析
采用掃描電鏡對兩個螺栓斷口進行微觀形貌觀察，1#斷口和2#斷口源區及其附近擴展區均呈沿晶+腐蝕形貌，沿晶區域最大深度約5mm，可見較多沿晶二次裂紋，晶面可見微孔及“雞爪紋”，部分晶面可見腐蝕痕跡，如圖3、圖4所示。

圖3  源區沿晶形貌


圖4  源區晶面腐蝕形貌


（3）能譜成分分析
對斷面進行能譜分析，未腐蝕晶面含有Fe、Cr（1.3%）、Mn（0.8%）元素，主合金元素及含量與40Cr牌號相符，腐蝕區域除基體元素外還含有較高的O元素，能譜圖如圖5所示。

圖5  斷面能譜分析


原材料復驗成分及力學性能如表1、表2所示。

表1  原材料40Cr成分復驗情況匯總

表2  原材料力學性能復驗情況匯總

（4）金相檢驗
從2#螺栓斷口區域截取部分試樣進行金相分析，斷口剖面呈鋸齒狀，可見腐蝕產物及較多沿晶分叉裂紋，個別裂紋內部可見腐蝕產物，如圖6所示。

圖6  斷口表面腐蝕及沿晶分叉裂紋形貌


浸蝕后觀察，斷口區域組織與其他區域組織未見明顯差異，均為馬氏體組織，如圖7所示。

圖7  顯微組織形貌


螺栓外表面可見斷續分布的鍍鋅層，厚度7～8μm，符合設計要求（7～12μm），鍍層形貌如圖8所示。

（a）                                        （b）

圖8 表面鍍層形貌

（5）硬度測試
對2#金相試樣進行顯微硬度測試，測試結果為460HV0.3、60HV0.3、465HV0.3、463HV0.3、465HV0.3，平均463HV0.3，換算為約46.2HRC，遠高于設計要求，根據GB/T 1172—1999標準換算為抗拉強度大于1400MPa。對1#螺栓端面進行洛氏硬度測試，結果為47.8HRC、48.8HRC、45.5HRC、45.2HRC、48.8HRC，平均47.2HRC，換算為抗拉強度大于1500MPa。

2.結果分析與討論
（1）能譜分析結果表明螺栓所用材料的主成分未見異常，原材料入廠復驗成分及力學性能均符合GB/T3077要求。

（2）金相分析結果表明螺栓材料組織為馬氏體組織，材料硬度大于46HRC，遠高于設計要求，應是熱處理工藝控制不當所致。

（3）螺栓表面存在鍍鋅層，厚度符合設計要求。QJ450B—2005標準規定，直徑大于10mm、抗拉強度大于1300MPa的高強度螺栓禁用鍍鋅工藝，由于該強度下材料具有高的氫脆敏感性，極易發生氫脆。

（4）兩件螺栓均斷于螺紋段，斷裂部位未見明顯塑性變形痕跡，斷口表面存在不同程度的腐蝕痕跡。兩斷口宏觀、微觀形貌較為相似，源區位于螺紋根部表面，為線源起裂，源區及擴展區微觀均呈沿晶+腐蝕形貌，可見較多沿晶二次裂紋，晶面可見微孔及“雞爪紋”，部分晶面存在腐蝕痕跡。根據以上形貌特征判斷，兩件螺栓的斷裂模式均為脆性延遲斷裂，機理為氫脆及應力腐蝕。


3.結語
綜合分析認為，兩件螺栓的斷裂模式均為脆性延遲斷裂，機理為氫脆及應力腐蝕。螺栓在使用過程中螺紋根部首先產生氫損傷，后續使用過程中在氫脆及應力腐蝕的共同作用下發生擴展并斷裂。發生斷裂的原因應與熱處理工藝控制不當導致材料硬度過高、具有較高的氫脆敏感性有關。


作者：李玲、孟慶宇、劉旭科、程良

單位：山西航天清華裝備有限責任公司

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志

(本平臺"常州精密鋼管博客網"的部分圖文來自網絡轉載，轉載目的在于傳遞更多技術信息。我們尊重原創，版權歸原作者所有，若未能找到作者和出處望請諒解，敬請聯系主編微信號：steel_tube，進行刪除或付稿費，多謝!)
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2020年12月11日 5:18 www.josen.net [江苏省网友]

失效案例分析失效案例分析失效案例分析

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2019年12月11日 2:22 自以为是的爱情 [安徽省市辖区网友]

帝森克虏伯和你们有合作吗，他们的采购说让我们问你们定购精密钢管16*5.

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2019年12月11日 1:46 [山东省四方区网友]

精密钢管，质量第一!

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2019年12月11日 1:29 [广东省饶平县网友]

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2019年12月11日 1:17 [福建省鼓楼区网友]

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2019年12月11日 1:00 [广西壮族自治区钦北区网友]

www.gbt3639.com 也是你们的博客？是盗版的吧！

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2019年12月11日 0:47 [四川省理县网友]

你们常州做钢管就是专业，比聊城的那些骗子专业多了。

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2019年12月10日 23:50 [贵州省石阡县网友]

想问您一下，德国钢号 ST37是什么钢管的钢号？你们可以做吗？

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2019年12月10日 19:32 [陕西省洛川县网友]

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2019年12月10日 17:52 [四川省仁和区网友]

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2019年12月10日 14:58 [浙江省磐安县网友]

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2019年12月10日 13:36 [甘肃省皋兰县网友]

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2019年12月10日 13:29 一饮寂寞 [江苏省兴化市网友]

请问你们精密管都有哪些规格？

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2019年12月10日 10:00 格子衫 [甘肃省岷县网友]

质量好才是真的好。

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2019年12月10日 8:08 [云南省鹤庆县网友]

精密钢管，专业为王！

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2019年12月10日 7:24 [湖南省岳阳市网友]

请问，问你们定购钢管 交货期一搬多少天？

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2019年12月10日 7:13 和风戏雨 [河北省海港区网友]

你的微信号是多少？有个精密管问题想请教您一下。

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2019年12月10日 6:22 [四川省攀枝花市网友]

您的手机号码是多少？有个钢管问题想请教一下。

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2019年12月10日 6:17 [广西壮族自治区桂平市网友]

精密钢管，技术为王！

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2019年12月10日 5:24 [黑龙江省红星区网友]

可以弱弱的问一句，什么是同心度吗？

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2019年12月10日 4:59 [安徽省市辖区网友]

请问你们钢管的精度做到多少丝？

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2019年12月10日 4:44 [黑龙江省乌马河区网友]

精密钢管，质量为王！

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2019年12月10日 4:10 [海南省乐东黎族自治县网友]

请问你们的钢管一搬交货期要多少天？

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2019年12月10日 3:44 [辽宁省鞍山市网友]

直线度是什么？

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