4.8级螺栓头部断裂失效分析

使用微信扫描二维码分享朋友圈，成交更快更简单！

4.8级螺栓头部断裂失效分析

4.8级螺栓头部断裂失效分析
4.8级螺栓头部断裂失效分析
1. 概述 委托方提供两组断裂螺栓残件及若干完好螺栓，据委托方描述，失效螺栓在进行楔负载试验时出现掉头，要求分析原因。该批螺栓规格为M16，性能等级4.8级，材料牌号为Q195，表面电镀黄锌。图1所示为送检失效螺栓断面宏观形貌，可见断口平整，表面金属本色，未见明显塑性变形痕迹。值得注意的是，螺栓断裂位置不是位于头下圆角处，而是位于六角头内部。
断裂螺栓宏观形貌
图1 断裂螺栓宏观形貌
2. 楔负载实验
随机抽取送检的两件完好螺栓进行楔负载试验（楔垫角度6度），1#样品断裂位置位于未旋合的螺纹部位，断裂载荷为83.0kN，试验后样品如图2所示 。
好样品楔负载试验后宏观形貌
图2 1#完好样品楔负载试验后宏观形貌
2#样品断裂 载荷为29.0kN，断裂位置位于头部六角面内，试验后样品如图3所示。根据“GB/T3098.1-2010”规定：规格为M16，性能等级4.8级的粗牙螺栓小拉力载荷为65.9 kN，断裂不允许发生在头部。1#样品符合标准规定，2#样品不符合标准规定。
完好样品楔负载试验后宏观形貌
图3 2#完好样品楔负载试验后宏观形貌

图4所示为2 #试样断裂头部的断面宏观形貌，箭头所指位置为断裂源区。
4.8级螺栓断裂源区

图4 2#试样断面宏观形貌
3. 金相分析
将2件样品断裂头部沿纵轴线剖开，经磨制、抛光、腐蚀后观察头部流线形貌，如图5、图6所示。由图5可见，1#试样（楔负载合格）虽然流线分布欠对称，但流线尚且连续，较顺畅，未出现明显异常。由图6可见，2#样品（楔负载不合格）断裂源为箭头所指的流线转弯位置（与断面形貌吻合），该试样头部流线紊乱、不顺畅，同时左右两侧流线明显不对称。
螺栓头部断裂-金相分析图

图5 1#样品头部流线 图6 2#样品头部流线
在另外几件送检的完好螺栓中任取4件进行头部流线检测，结果如图7~10所示：图7所示样品头部流线左右对称，但局部有紊乱和不连续（箭头所指处）；图8所示样品头部流线紊乱，并在流线转折处断裂（箭头所指处）；图9所示样品头部流线连续、顺畅，但两侧对称度欠佳；图10所示样品头部流线左右不对称，左边紊乱明显，箭头所指为流线转折处出现中断。
螺栓头部断裂样品分析
图7 完好样品头部流线 10X 图8 完好样品头部流线 10X
完好螺栓头部流线
图9 完好样品头部流线 10X 图10 完好样品头部流线 10X
图11所示为断裂螺栓杆部横截面低倍组织，可见组织均匀，未发现偏析、缩松等缺陷。
断裂螺栓杆部横截面低倍组织
图11 试样横截面低倍组织
图12所示为断裂螺栓芯部金相组织，为铁素体加少量珠光体。组织未现异常。

图12 试样芯部金相组织
图13所示断裂螺栓头部纵向剖面非金属夹杂物评定，根据“GB-T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准”可评定为D类（球状氧化物夹杂，细系）1级，A类（硫化物夹杂，细系）2级。
图13 试样非金属夹杂物评定
4. 螺栓材质分析
采用直读光谱法对断裂螺栓进行化学成分分析，结果如表2所示，根据“GB/T 700-2006”对Q195钢化学成分的规定，样品除C量略标准值外，其余各元素含量均在标准范围内。
表2 断裂螺栓化学成分
————————————————————————————————————————————
化学元素 C Si Mn P S
————————————————————————————————————————————
标准值 ≤0.12 ≤0.30 ≤0.50 ≤0.035 ≤0.040

测量值 0.13 0.095 0.333 0.034 0.019
————————————————————————————————————————————
5．综合分析
对送检楔负载试验不合格螺栓进行检测分析后发现，不合格试验断裂均起源于六角头内部，经流线检查发现，该批螺栓头部流线存在较大比例异常（随机抽查六例，其中四例异常），表现为流线左右不对称、流线紊乱，并在流线转折处出现中断，中断位置基本与断裂面所示的断裂源区吻合。
6. 结论
一、送检螺栓楔负载不合格原因为头部流线存在紊乱、不对称、中断缺陷；
二、螺栓材质硫化物夹杂2级，碳含量偏高。