10.9级螺栓断裂原因分析

GXF360 2019-11-06

展开全文

某螺栓在使用时间约1000h后发生断裂，宏观形貌如图1所示，螺栓级别为10.9级，现对螺栓的断裂原因进行分析。

1. 理化检验

（1）宏观分析螺栓断口裂纹起源位于螺栓中部螺杆与螺纹过渡处的第一个螺纹根部，如图2所示。断口未见明显塑性变形，断口表面局部磨损，裂纹源及扩展区平整隐约可见贝纹线，瞬断区存在一较小区域的剪切唇，为韧性断裂。宏观特征可以判断螺栓断裂模式为疲劳断裂。

（2）化学成分分析截取螺栓样品进行化学成分分析，结果如表1所示。化学成分符合GB/T 3098.1—2010标准对10.9级螺栓的技术要求。

图1 断裂螺栓宏观形貌

图2 螺栓断口的宏观形貌

表1 螺栓样品化学成分（质量分数）（%）

元素检测结果标准值符合性判断C 0.41 0.25~0.55 符合P 0.012 ≤0.025 符合S 0.016 ≤0.025 符合

（3）微观形貌分析将螺栓断口清洗后置于扫描电镜下观察，图3为螺栓断口的SEM形貌，裂纹源处螺纹根部表面存在大量龟裂形貌，裂纹源断面局部磨损擦伤，未擦伤区域存在疲劳辉纹；螺栓断口裂纹扩展区形貌，局部存在擦伤，未擦伤区可见疲劳辉纹；最终断裂区形貌，为韧窝形貌。

（4）金相分析图4~图6为裂纹源区断面抛光态及侵蚀态形貌，裂纹源及扩展区断面较为平整。螺栓表面存在脱碳现象，裂纹源附近表面存在大量细小裂纹，大多数裂纹位于螺栓表面全脱碳层，全脱碳层深度约为10.19μm。断口裂纹扩展区较平整，裂纹扩展方式为穿晶扩展。最终瞬断区表面显微形貌呈锯齿状。断口源区的显微组织为的铁素体+回火索氏体，部分铁素体呈针状及沿晶分布。

2)以风力为动力来源的纯机械式提水设备，由于只进行一次能量转换，在当前离网牧区具有很强的竞争力。而以风电、光电为动力来源的电动提水设备，因采用储能设施，按每两年更换一次铅酸蓄电池计，使用后期的投入加大，若无财政补贴，牧民用户负担加重。由此相比较，风力提水设备的性价比较高。

回顾性分析该中心治疗的患有阴道炎的老年糖尿病患者96例的资料为研究对象，按照时间段为对照组与观察组，每组48例，其中前者为对照组，给予雌激素软膏治疗；后者为观察组，在雌激素软膏治疗的基础上给予保妇康栓的治疗方案。观察组患者年龄（57.6±5.12）岁；对照组患者年龄（58.0±4.89）岁。两组患者在年龄、糖尿病病程均差异无统计学意义（P＞0.05）。

根据GB/T 10561—2005，实际检验A法，对非金属夹杂物进行评级，结果为：A0.5，B1.0，C0.5，D0.5，DS0，如图7所示。基体显微组织为回火索氏体，如图8所示。

图3 螺栓断口的SEM形貌

（5）硬度检验截取断裂螺栓硬度试样，进行维氏硬度测定，结果如表2所示。断裂螺栓硬度符合GB/T 3098.1—2010对10.9 级螺栓的技术要求。

2. 分析与讨论

（1）检验结果分析螺栓的化学成分及心部硬度均符合GB/T 3098.1—2010对10.9 级螺栓的技术要求；断口宏观及微观分析可判断螺栓断裂模式为疲劳断裂，裂纹源位于螺栓中部螺杆与螺纹过渡处的第一个螺纹根部，裂纹源处螺纹根部表面存在大量龟裂形貌；金相检验表明螺栓表面存在脱碳现象，裂纹源附近表面存在大量微裂纹，微裂纹位于螺栓表面全脱碳层，断口源区的显微组织为的铁素体+回火索氏体，基体显微组织为回火索氏体。裂纹源螺纹根部未见加工变形组织，表明螺栓制造工艺为先加工螺纹后进行热处理，热处理过程中造成螺栓表面脱碳，表面形成一厚度约10.19μm的铁素体层，铁素体的存在降低了螺栓表面的疲劳强度，容易产生疲劳裂纹。