高温螺栓断裂分析
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25Cr2MoV钢高温螺栓断裂分析
刘建华
（中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州 221116）
摘要：通过力学性能试验、金相分析及 SEM断口分析对火电厂机组气缸 25Cr2MoV钢高温紧固螺栓发生断裂进行了研究。结果表明：该螺栓长期在高温条件下服役，其晶界会有黑色网状碳化物析出、晶界粗化，同时组织老化，承受载荷能力下降。在停开机提速过快时，螺栓不能承受施加的偏心冲击载荷，导致其发生脆性失效。
关键词：25Cr2MoV；脆性断裂；断口分析；晶界弱化
中图分类号：TG142.1
The Fracture Analysis of High-temperature Blots Made of
25Cr2MoV Steel
LIU Jianhua
(School of Material Science and Engineering,China University of Mining and Technology,
JiangSu XuZhou 221116)
Abstract: The fracture of high-temperature fastening blots made of 25Cr2MoV steel used on
thermal power unit cylinder has been studied.Analyses on fracture with mechanical properties,
metallographic examination and SEM have been carried out. The results showed that the black
mesh grain boundary carbide precipitation with 25Cr2MoV steel under long-term elevated
temperature service, and the grain boundary coarsening.These factors contribute to grain boundary
and grain boundary weakening performance, organization of aging itself ,load bearing capacity of
the matrix decreased. Stop the excessive speed at the start, the bolts can not withstand the impact
loads imposed by the eccentric, leading to brittle failure.
Keywords:25Cr2MoV; brittle fracture; fractography analysis; grain boundary weakening
0引言
火力发电厂锅炉、汽轮机的气缸结合面和蒸汽管道等部件广泛采用 25Cr2MoV钢高温
螺栓进行紧固连接 [1]。实践表明，该螺栓长期在高温下运行，常出现脆化现象，其硬度明显
升高，室温冲击韧性下降，发生断裂，直接影响火电厂的生产安全 [2,3]。为此原水电部曾颁
布标准规定， 25Cr2MoV螺栓硬度超过 HB240～270 ，室温冲击韧性小于 588kJ / m2，就
不能再使用，可以进行重新热处理 (称恢复热处理 )使螺栓韧性得到恢复 [4]。该螺栓要具有良
好的耐热性和抗松弛能力，低的热脆性，且在常温下有高的强度和冲击室温韧性 [5,6]。
1试验材料和方法
1.1试验材料
本文试验材料由某发电厂提供的已发生断裂的 25Cr2MoV钢机组汽缸紧固螺栓，其规
格为 M100×4×1085，工作温度 540℃左右，压力 13MPa。经材质分析，该螺栓材料的化学
成分和标准技术要求如表 1所示。
1.2试验方法
从断裂的高温螺栓断裂面靠近杆体侧沿纵向取样，拉伸试验按照国家标准 GB228-2002
执行，在 CSS-44300电子拉力试验机上进行，采用Φ10×50mm标准拉力试样，试样数量为
作者简介：刘建华，（ 1987-），男，硕士研究生，金属材料的失效分析 . E-mail: liujh2005.12@https://www.sodocs.net/doc/1816216153.html,
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3个。冲击性能测试按照《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》
(GB/ T229 —2007) (以下简称
《冲击试验》
)的规定
[7]，在
JNB-300B试验机上进行，同拉伸试验取相同部位的的材料，
采用
10×10×50mm标准
U型和
V型缺口冲击试样，试样数量各为
3个。.采用奥林巴斯光学
45 显微镜进行组织分析，
S23000N扫描电镜进行断口分析。
表
1 25Cr2Mo1V钢高温螺栓的化学成分
(wt.%)
元素
C Cr Mo Mn Si VP S
实测值
0.26 2.21 1.02 0.69 0.32 0.48 0.023 0.017
标准值
0.22~0.30 2.10~2.50 0.90~1.10 0.55~0.80 0.17~0.37 0.30~0.50 <0.035 <0.030 2试验结果及分析
50 2.1断口宏观分析
螺栓断裂发生在螺栓与紧固螺帽连接的最外一环螺纹扣部位。断裂螺栓断口齐平，与螺栓轴向垂直，裂纹沿螺纹扣形成并扩展，如图
1所示。
图
1 断裂螺栓断口
55
图
1所示
a区域为断裂起始区，在此区域范围，裂纹较为细密，裂纹源更加密集，断面
较为平坦，其上可以观察到裂纹扩展形成的放射状花样；在图示
b区域，为裂纹快速扩展、
多个裂纹面汇合形成的台阶以及快速断裂形成的二次裂纹。
该螺栓断裂性质为典型的脆性断裂，断裂面垂直于轴向，裂纹沿螺纹根部形成。由于存
60 在一定的偏载，裂纹首先在螺栓的一侧起裂，然后迅速扩展，形成静载过载脆性断裂。
2.2断口微观分析
在断口边缘部位取样，在扫描电子显微镜上对断口进行微观分析。断口处的
SEM型态
见图
2所示。
图
2断口
SEM照片
图
2表明断裂的微观机制为解理断裂，并伴随大量的沿晶裂纹和二次裂纹，属于典型的
脆性断裂。
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2.3
拉伸试样断口分析
拉伸试验后的试样上有明显径缩，伸长率也较高，但断裂面上没有通常韧性材料拉伸时
形成的三个区，即裂纹形成区（纤维区）、放射区和瞬断区，而只有粗大的放射区且有较深的纵向开裂裂纹，如图
3。
图
3拉伸试样断口形态
在
SEM上对拉伸试样断口进行微观分析，与断裂螺栓的微观型态进行比较分析。拉伸
试样断口微观形态和特征如图
4所示。
图
4拉伸试样断口
SEM图像
拉伸试样的微观断裂机制为微孔聚集和准解理断裂，与实际断裂螺栓的断裂机制不同。
2.4
冲击试样断口分析
在
SEM上对冲击试样断口进行微观分析，如图
5所示
85
图
5 冲击试验断口
SEM形貌
从图
4可见冲击试验试样微观断裂机制为沿晶和解理断裂，其特征与实际断裂螺栓断裂
机制相同。综上说明该螺栓是在冲击载荷下断裂的。对比分析图
2和图
4，可以明显看出，
两者断裂微观型态完全相同，均为典型的解理断裂特征，只是冲击试样冲击速度快，解理面90 大。
2.5
金相分析
利用奥林巴斯金相显微镜及显微微氏硬度计对汽缸螺栓试样进行显微组织、显微硬度试
验分析。
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2.5.1显微组织
螺栓的金相组织形态如图
6所示。经分析，螺栓微观组织为回火贝氏体
+索氏体，但组
织不均匀，存在较严重微观成分偏析，金相中可明显的观察到网状分布的黑色区域。
图
6高温紧固螺栓金相组织
100 2.5.2显微硬度
对断裂的高温螺栓进行显微硬度试验，试验面平行于纵向，试样采用
4%的硝酸酒精腐
蚀，试验载荷为
200g，加载时间为
20s，试验结果列入表
2。
表
2 高温紧固螺栓显微硬度试验结果
1 2 3 平均
HV 黑色区域 420 390 372 394
白色区域 333 341 294 323
105
从表
2中数据可以看出：
显微组织中出现黑色网状析出物，对基体和黑色网状析出物分别进行显微微氏硬度测
试，从结果上看，黑色析出物的显微微氏硬度平均值为
394HV，高出基体的
323HV，高出
71HV。说明两者的硬度差异很大。
110 3分析讨论
3.1
螺栓断裂过程
螺栓属于脆性断裂，宏观无塑性变形，微观断裂机制为解理断裂。断裂发生在螺纹根部，在极短时间内完成。虽然断裂属于多源起裂，沿螺纹根部一周都是起裂区，但可以观察到整个断面上的起裂有稍许的先后不同。因此可以确定螺栓受到较大的冲击载荷，且具有一定的115 偏心（不完全平行于轴向）或受到横向冲击作用。在偏心冲击载荷作用下，螺栓沿螺纹根部
起裂并快速断裂。
导致螺栓较大冲击载荷的原因，可能是停机开机时提速太快，螺栓由无载荷状态突然提
升到较大载荷，受到冲击；同时，停机卸载后螺栓处于松弛状态，与螺母的配合不够紧密，突然加载，螺栓与螺母的配合在整个圆周上并不完全一致，所以造成偏载。也不排出停机检120 修时的人为因素，即在拆卸、安装过程中受到横向的人力敲击。
尽管实验数据表明螺栓材质各项指标尚处于标准通则规定范围之内，但经过长时间运
行，各项指标已经处于规则规定的下限，螺栓已不能完全承担开停机时的冲击。所以说的受到的较大冲击是相对的。
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3.2微观组织问题
125 25Cr2MoV钢对热处理敏感，不同的热处理制度可以得到不同的组织，因而热强性也不同。研究表明，均匀的回火贝氏体组织具有最高的热强性和稳定性，而不均匀组织可以明显降低其热强性。
从金相组织分析可以看出，断裂螺栓金相组织不均匀，存在较严重的成分偏析。这对螺
栓的高温性能尤其塑韧性是不利的。其形成的原因可能是热处理奥氏体化不充分，成分均匀130 度不够，也可能是锻造时终锻温度偏低。组织回火不充分，这也会使得钢的热稳定性降低。
同时，在长期高温服役时，会出现晶界析出黑色网状碳化物、晶界粗化，基体承受载荷能力下降。这样在载荷的长期作用下，螺栓基体首先在比较薄弱的晶界上产生裂纹，然后裂纹会很快沿弱化的晶界扩展，导致沿晶断裂。在突然较大的冲击载荷下，发生完全脆性断裂，这与实际断裂情况相符合。
135 4结论
4.1 螺栓的断裂属于典型的脆性断裂。基体组织存在严重的成分偏析，基体由于合金元
素的偏聚、晶界黑色网状碳化物的析出及粗化，导致晶界及其附近组织性能弱化，承受载荷能力下降。
4.2 螺栓断裂时受到较大的冲击力作用，且有一定的横向载荷或偏心载荷作用。
140
[参考文献] (References)
[1] 常铁军，尹树桐，姜树立
. 25Cr2MoV钢锅炉螺栓紧固件的热处理工艺
[J].金属热处理，
2002，8：46-49.
[2] 孙智，王温银
. 25Cr2MoV钢在高温螺栓恢复热处理工艺研究
[J].热加工工艺，
1998，27（4）：24-25.
[3] A.K.Ray,Y.N.Tiwari,R.K.Sinha,Chaudhurietal.Residuallife prediction of service exposed main steam pipe of
145 boilers in a thermal power plant.Engineering Failure Analysis.2000.359-376.
[4] 吴非文. 火力发电厂高温金属运行
[M].北京：水电出版社，
1984.
[5] 任耀剑，张绪平，孙智
. 25Cr2Mo1V钢在高温服役中的组织和性能研究
[J].徐州建筑职业技术学院学报，
2009，06：41-43.
[6] 彭竹琴，杨书申
. 25Cr2Mo1V钢螺栓在长期高温高压下脆化机理的研究[J].郑州纺织工学院学报，
1998，
150 12：63-67.
[7] 中国国家标准化管理委员会
. GB/ T229 —2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法[S].北京：中国标准出
版社，
2007.
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超高强度螺栓断裂失效分析
超高强度螺栓断裂失效分析 摘要：螺栓作为重要的紧固件，其失效事故发生较多，造成的危害很大。其中，螺栓的氢脆断裂是较为常见的故障模式，由于氢脆大多与批次性问题有关，因此，危害性较大。螺纹连接是发动机各部件之间最常用的连接方式，大概占到发动机 连接的70%。螺栓的受力特点决定了它是发动机的薄弱零部件。因此，连杆螺栓 的失效分析与预防十分重要。本文分析超高强度螺栓断裂失效的相关内容。 关键词：超高强度螺栓；断裂失效；氢脆 超高强度螺栓是继铆接、焊接之后发展起来的一种钢结构连接型式。它具有 施工简单、可拆卸、承载大、耐疲劳、较安全等优点。因此, 高强度螺栓连接已 发展成为工程安装的主要手段。 1 实例分析 某型号高强度螺栓用于某轴承上，其强度要求很高。该型螺栓在生产检验合 格服役5 个月后，发现个别螺栓相继在螺纹处发生断裂。该型高强度螺栓为铰制 孔螺栓(螺纹长度95 mm)，材料为35CrMnSiA 钢，规格为M56，螺杆长度为 235mm，强度要求以GB/T3077-1999 为标准。其制造工艺为：毛坯电渣重熔→预 加工→超声波探伤→粗加工(单边留量3～5mm)→调质处理(950℃淬火，630℃回火)→半精加工→淬火热处理(淬火温度为900℃，310℃回火)→力学性能检验→精 加工→磁粉探伤(包括螺纹部分)→表面油漆防护→装配。目前，采用的无损检测手段无法检测出螺栓内部0.2mm 以下的微裂纹。通过金相检验、氢含量检验和断口电镜扫描分析等相关的手段对断裂的螺栓及未断裂的随机抽取样品进行相应的检 验和断裂原因分析。 2 实验方法与结果 2.1 实验对象。实验对象为该型螺栓2 枚，其中包括断裂的铰制孔螺栓，以 及对应同型号未断螺栓1 枚。 2.2 外观检验。用肉眼观察，铰制孔螺栓断于第一节螺纹处断口均很平齐，无 塑性变形，断面与轴线垂直，为一次性脆性断口。且在断口附近有明显的腐蚀痕迹。 2.3 化学成分分析。分别对所取2 个螺栓试样进行化学成分检验分析，结果 表明，2 个螺栓化学成分含量均符合标准。 2.4 氢含量检测。分别对已断裂的铰制孔螺栓及未断裂铰制孔螺栓的光杆边缘处、R/2 处及芯部进行氢含量检测，其中已断裂和未断裂的螺栓光杆边缘处及芯 部检测结果基本一致，R/2 处检测结果出入比较大，分别为2.0×10-6 和0.6×10-6。 2.5 断口分析。将断裂的铰制孔螺栓断口清洗后置于扫描电镜下观察，断口 的形貌大部分均为沿晶和少量的韧窝。见图1。 2.6 金相检验及硬度检测。断裂的螺栓中均有氮化物夹杂，未断裂螺栓的齿面与齿根未 见微观裂纹，见图2。已断裂螺栓存在个别夹杂物超出标准规定尺寸，未断裂螺栓无此现象。已断裂螺栓的晶粒度级别为6~7，未断裂螺栓为5.5~6，显微组织显示齿面局部略有脱碳， 组织为回火马氏体，测得其硬度大于50 HRC，抗拉强度大于1750MPa，说明该材料的强度 级别很高，属于超高强度钢。 3 分析与讨论 上述实验结果表明：该型号螺栓无论在力学性能、化学成分以及晶粒度等方面均符合相 关标准。该螺栓组织为回火马氏体，回火马氏体对氢是极其敏感的。该螺栓的强度很高，因 此同样对氢脆的敏感性也很高。一般来说，发生氢致延迟断裂需要同时具备以下三个条件：
关于汽车配件螺栓断裂原因分析
关于汽车配件螺栓断裂原因分析 摘要：材质为45#的螺栓在热处理后沿径向出现裂纹并断裂。为了查明原因，用光电直读光谱仪、光学显微镜及扫描电子显微镜对断裂处进行了能谱、宏观、微观和化学成分等分析。研究表明：螺栓的化学成分完全符合产品的技术要求，螺栓断裂是由于螺栓在淬火前存在成分偏析，以及淬火冷却时生成较多的块，半网状铁素体等组织缺陷，引起螺栓的强韧性下降，导致螺栓沿径向方向产生微裂纹而引起的疲劳断裂。 关键词：螺栓疲劳断裂成分富集 中图分类号：TG11 文献标识码：A 文章编号： 1674-098X（2015）01（a）-0070-01 某公司生产的螺栓，主要用于汽车上，其作用是紧固连接。材质：45#，性能等级：4.8级，规格：M10。它的热处理工艺是淬火900～930 ℃以及回火580～630 ℃。热处理结束之后，发现沿径向方向螺栓断裂，导致批量性报废，造成单位的经济损失惨重。该文通过分析，探究螺栓断裂的原因，包括能谱、宏观、微观和化学成分等分析。 1 实验过程与结果 1.1 化学成分分析 其材质：45#，执行标准：GB/T699-1999，螺栓的化学
成分是通过采用美国XXX型光电直读光谱仪进行光谱分析的，结果见表1，观察表1知断裂螺栓的化学成分满足 GB/T699-1999优质碳素结构钢的要求。 1.2 宏观分析 见图1，断裂螺杆的宏观图。经观察可知，螺栓对开是沿径向区域，断裂起源于螺栓螺纹牙处。整个断口绝大部分为扩展区，最后的瞬断区很窄，宏观上有明显的疲劳特征。直于裂纹前端（每一瞬间）的轮廓。因此可判断裂纹源应在螺栓螺纹牙处。 1.3 微观分析 侵蚀样品的溶液选用5%（体积分数）硝酸酒精，通过在显微镜下观察，能够发现其纵向截面断裂边缘组织是大量块状铁素体以及回火索氏体（见图2）。其块状铁素体是属于未淬透而生成的组织，有可能是经加热使其完全奥氏体化之后再做淬火冷却而缓慢形成的，并在回火的时候，因没有发生组织转变，最后，这部分铁素体被保留了下来，降低了机械性能，而余下的马氏体经碳化物析出，进而转变为回火索氏体。 1.4 能谱分析 观察正常部位组织（图3）及裂纹附近的组织（图4、图5），可以发现组织均以回火索氏体为主，大小均匀。裂纹附近组织无明显异常，可以初步判定裂纹不是在轧制阶段形
(完整版)断裂螺栓取出办法分析与总结
断裂螺栓取出办法分析与总结 一、取断裂螺栓工具的加工选择 取断裂螺栓工具主要有：断丝取出器；钻头；锤子；手电钻；活动扳手；螺栓松动剂；软磁铁；抹布；10米插线板；工作灯；手电。 上面列出的是常规的取断丝的工具，遇到有些特殊情况可能会用到其他工具，我会在后面提到时候做说明。 取断裂螺栓的基本思路是在断裂螺栓断面（尽量靠中间）钻孔，然后选择合适的断丝取出器旋入钻孔内，由于断丝取出器上带有反方向螺纹，旋动断丝取出器带动断裂部分螺栓旋出。 断丝取出器与钻头的选择：取断丝的工作需要钻头与断丝取出器配套使用，选择的原则是钻头的直径与断丝取出器的最细端相仿。市面上能买到的断丝取出器有两种（如图3,4）。图3的这种断丝取出器螺纹较细，硬度较另一种小。适合用来取硬度较小的断裂螺栓，1500机组轮毂与变桨轴承螺栓是10.9级，用图3的断丝取出器较合适。图4中断丝取出器螺纹较粗，硬度较大，适合取出硬度较强的螺栓。对于钻头，市面上钻头种类很多，我们正常用到的一种是普通的用来钻普通金属物件的钻头。还有一种是合金钻头，这种钻头硬度较高，价格也较高，我们可以用来将已钻好的孔扩大，不建议用这种钻头钻孔，现场实际应用效果不好。 图3 图4 由于轮毂与变桨轴承连接螺栓断裂部分大都在轮毂与变桨轴承接触面处，在用手电钻在断裂螺栓断面上钻孔时要经过变桨轴承孔，孔深约300mm（如图5），我们市面上买到的钻头跟断丝取出器都达不到这个长度，所以要经过加工，在普通钻头上加焊一段钢筋，加工完的钻头总长度在350mm左右为宜，钢筋的另一端要保证能插入手电钻钻夹中加紧。钻头与焊接的部分要尽量保持同心，避免钻孔过程中钻头折断。可将截好的钢筋一端中心钻一个与钻头直径相仿的孔，然后将钻头插入孔中再进行焊接，这样能更好的保持同心度，同时也使焊接更牢固。断丝取出器的加工与钻头的加工基本相同，只是在焊接的钢筋末端要加工成方形，便于用扳手旋出断丝。如图6-9所示为加工后的钻头及断丝取出器。加工工作可以找一般的车床加工厂加工。
案例一螺栓失效分析
案例一螺栓断裂失效分析 某螺栓生产厂家生产的螺栓在用户使用过程中发生断裂，为分析螺栓断裂原因，进行了化学成分测试、金相组织观察、螺栓断口观察、能谱测试以及硬度测试等，并对螺栓断裂做出了结论。 1、化学成分分析 螺栓成分分析采用成分分析仪，正常断裂、异常断裂螺栓成分见表1，从表中可以看出正常断裂螺栓与异常断裂螺栓成分都符合GB/T3077-1999《合金结构钢》中对45Mn2钢的要求。 表1 材料化学成分分析结果（质量分数，%） C Si Mn P S Cr Ni Fe 正常断裂螺栓0.421 0.250 1.498 0.011 0.001 0.078 0.021 余量 异常断裂螺栓0.425 0.269 1.534 0.011 <0.001 0.068 0.019 余量标准值0.42~0.49 0.17~0.37 1.4~1.8 2、金相组织分析 取平行于断裂截面的试样，打磨、抛光并观察其组织形貌。下图1(a)、1(b)所示为正常断裂螺栓与异常断裂螺栓的金相组织形貌，从图中可以看出螺栓金相组织均为回火马氏体。 (a)正常断裂螺栓；(b)异常断裂螺栓 图1 螺栓金相组织形貌 3、宏观断口形貌分析 正常断裂螺栓、异常断裂螺栓宏观断口形貌如图2(a)、2(b)所示。由图可知
两个螺栓均从中心起裂，裂纹向四周扩展。正常断裂螺栓与异常断裂螺栓断裂截面都具有裂纹源、扩展区、瞬断区三个部分，正常断裂螺栓扩展区面积比异常断裂螺栓大，瞬断区面积则比异常断裂螺栓小。这与异常断裂螺栓应力（165KN ）比正常断裂螺栓断裂应力(215KN)小相吻合。同时正常断裂螺栓断裂截面较为平整，异常断裂螺栓在裂纹源附近呈凹陷状。 (a)正常断裂螺栓； (b)异常断裂螺栓 图2 螺栓断裂截面 4、 微观断口形貌分析 图3所示为正常断裂螺栓与异常断裂螺栓断裂截面裂纹源附近的微观形貌，从图中可以看出正常断裂螺栓组织较为平整，而异常断裂螺栓中心附近可见含有夹杂物的微孔。图4所示为夹杂物所在位置，图5为夹杂物能谱分析图，表2为其对应的元素分析表，从表中可以看出夹杂物中主要元素为O 、Si ，并存在少量的Mg 、Al 、Ca 元素，其中O 元素的含量很大，故较杂物主要为SiO 2，存在少量的MgO 、Al 2O 3、CaO 。 裂纹源 扩展区 裂纹源 扩展区 瞬断区 瞬断区 a) b)
高强度螺栓断裂失效分析
高强度螺栓断裂失效分析 韩志良 (常州机电职业技术学院机械系，常州213012) 马红卫，丁燕君 (常柴股份有限公司理化室，常州213002) 摘要：针对装配现场发生的几起高强度螺栓断裂失效事故，采用金相分析、化学成分分析和力学性能测试等方法进行检测。分析结果认为螺栓失效的原因有:(1)螺纹成形时产生裂纹，螺栓因之而脆断；(2)杆部与头部交接处表面脱碳、使局部强度降低而断裂；(3)装配时扭矩过大，螺栓明显缩颈而断裂；(4)原材料中心存在裂纹。 关键词：螺栓；裂纹；扭转；脱碳 高强度螺栓是发动机紧固件中最重要的零件之一，如连杆螺栓、缸盖螺栓、主轴承盖螺栓，要求强度等级为10.9级，有的甚至达12.9级。但在实际使用中，高强度螺栓(简称螺栓)断裂失效也时有发生。笔者就发生在装配过程中的四起高强度螺栓断裂失效逐一进行分析。 1 195连杆螺栓断裂失效分析 195连杆螺栓装配时断裂于螺纹处。从断口上看，断口平直，无缩颈，几乎没有裂纹萌生区，全部为最后瞬断区。零件供应商进行了失效分析，认为装配时连杆螺纹内夹入异物，阻碍了螺纹的拧紧，导致装配扭矩过大而断裂。 1.1 断口分析 由于断口表现出极大的脆性，如果是基于扭紧力矩过大而断裂，断口应表现出良好的塑性，因为拧紧时螺栓主要受扭转应力，而扭转试验的应力状态的柔性系数较大(大于拉伸试验)，材料易于塑性变形，而失效的螺栓并未表现出塑性。另外，断裂源也不在齿根部，而是有所偏离。 1.2 化学成分和显微组织分析 螺栓材料牌号为40Cr钢，强度等级10.9级，硬度要求32～38HRC，金相组织要求1～3级(JB/T8837-2000)。经检验，螺栓化学成分(质量分数)符合GB/T3077-1988之规定，见表1。显微组织为细的回火索氏体，按JB/T8837-2000评定为1级，其硬度值为34HRC和35HRC，硬度和显微组织均符合技术条件规定。经磁粉探伤未发现磁痕。 将螺栓从杆部与头部交接处纵向剖开，经金相制样、观察，结果在大部分螺纹的根部均有裂纹，即在断口附近和远离断口的螺纹处均存在裂纹，裂纹位置偏离“真正的”齿根部，裂纹的两侧无贫碳和脱碳，说明裂纹的形成与调质处理无关，见图1和图2。由于裂纹细小且位于螺纹根部，常规磁粉探伤未发现磁痕。
高温螺栓断裂分析
中国科技论文在线 https://www.sodocs.net/doc/1816216153.html, 25Cr2MoV钢高温螺栓断裂分析 刘建华 （中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州 221116） 摘要：通过力学性能试验、金相分析及 SEM断口分析对火电厂机组气缸 25Cr2MoV钢高温紧固螺栓发生断裂进行了研究。结果表明：该螺栓长期在高温条件下服役，其晶界会有黑色网状碳化物析出、晶界粗化，同时组织老化，承受载荷能力下降。在停开机提速过快时，螺栓不能承受施加的偏心冲击载荷，导致其发生脆性失效。 关键词：25Cr2MoV；脆性断裂；断口分析；晶界弱化 中图分类号：TG142.1 The Fracture Analysis of High-temperature Blots Made of 25Cr2MoV Steel LIU Jianhua (School of Material Science and Engineering,China University of Mining and Technology, JiangSu XuZhou 221116) Abstract: The fracture of high-temperature fastening blots made of 25Cr2MoV steel used on thermal power unit cylinder has been studied.Analyses on fracture with mechanical properties, metallographic examination and SEM have been carried out. The results showed that the black mesh grain boundary carbide precipitation with 25Cr2MoV steel under long-term elevated temperature service, and the grain boundary coarsening.These factors contribute to grain boundary and grain boundary weakening performance, organization of aging itself ,load bearing capacity of the matrix decreased. Stop the excessive speed at the start, the bolts can not withstand the impact loads imposed by the eccentric, leading to brittle failure. Keywords:25Cr2MoV; brittle fracture; fractography analysis; grain boundary weakening 0引言
高强螺栓脆性断裂研究及实例分析
高强螺栓脆性断裂研究及实例分析 摘要:本文简要回顾了高强螺栓的发展历程，介绍了当前高强螺栓研究的现状及动态，总结了钢材脆性断裂理论、脆性断裂的影响因素及高强螺栓的断裂分析。 关键词：高强螺栓；脆性断裂； Research on Brittle Fracture of High Strength Bolt and Analysis by Example Abstract:The article briefly reviewed the development course of high strength bolt, introduced the current status and trends of high strength bolt, and summarized the theory of brittle fracture and influenced factors and the fracture Analysis of strength bolt. Keywords: high strength bolt；brittle fracture; 0 引言 我国从1957年起开始研究高强度螺栓及其连接，并首先运用于桥梁。这为我国钢结构采用高强螺栓连接奠定了基础。在以后修建成昆铁路时推广了此项新技术，使高强螺栓连接技术得到了提高和发展。在材料使用方面，我国高强度螺栓制作从开始时使用45号钢和40硼钢材料逐步转变到使用具有更好力学性能和工艺性能的20MnTiB钢。高强度螺栓的应用范围也逐渐广泛，从原来的桥梁结构扩展到各种钢结构、机械结构设备，甚至宇宙飞船、海洋钻井平台的使用。大量各种连接形式的静力试验和疲劳试验，为高强度螺栓连接合理设计提供了可靠的参数。 1高强螺栓的研究现状 1.1国外现状：美国伊利偌斯大学的Rajasekhaaran S．Hair等对单螺栓连接和T字型双螺栓连接进行了试验和理论分析，得出了高强度螺栓的撬力作用会大大降低T字型双螺栓连接的极限承载力和疲劳强度的结论。荷兰的Stark J WB和Bijlaard FSK对由高强度螺栓构成的钢框架节点的弯矩一曲率关系进行了研究。意大利学者Giro Faena等对T字型螺栓连接进行了试验分析。并总结了影响高强度螺栓预拉力的主要因素。另外，美国的Yang Jun和DewoIf John．T则对高强度螺栓预拉力的松弛现象进行了探索。
螺栓断裂原因分析
螺栓断裂原因的分析 一般情况下，我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析： 第一、螺栓的质量 第二、螺栓的预紧力矩 第三、螺栓的强度 第四、螺栓的疲劳强度 实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。 一、螺栓断裂不是由于螺栓的抗拉强度： 以一只M20×80的8.8级高强螺栓为例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力载荷是20吨，高达它自身重量的十万倍，一般情况下，我们只会用它紧固20公斤的部件，也只使用它最大能力的千分之一。即便是设备中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺纹紧固件的抗拉强度是足够的，不可能因为螺栓的强度不够而损坏。 二、螺栓的断裂不是由于螺栓的疲劳强度： 螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。 三、螺纹紧固件损坏的真正原因是松动： 螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。 受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。 受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。 四、选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在： 以液压锤为例。GT80液压锤的重量是1.663吨，其侧板螺栓为7套10.9级M42螺栓，每根螺栓的抗拉力为110吨，预紧力取抗拉力一半计算，预紧力高达三、四百吨。但是螺栓一样会断，现在准备改成M48的螺栓，根本原因是螺栓防松解决不了。 螺栓断裂，人们最容易得出的结论是强度不够，因而大都采用加大螺栓直径强度等级的办法。这种办法可以增加螺栓的预紧力，其摩擦力也得到了增加，当然防松效果也可以得到改善，但这种办法其实是一种非专业的办法，它的投入太大，收益太小。 总之，螺栓是：“不松不断，一松就断。”
螺纹紧固件失效分析案例(第1部分)
螺纹紧固件失效分析案例 全国紧固件标准化技术委员会 机械工业通用零部件产品质量监督检测中心 二〇〇八年6月
序 机械产品失效是一门关于研究机械产品质量的综合性技术学科，主要研究失效的规律与机理。机械零件的失效是在特定的工作条件下，当其所具备的失效抗力指标不能满足工作条件的要求时发生的。导致零件失效的本质原因可能是材料本身的失效抗力不足，也可能是零件存在与设计或制造等过程有关的缺陷。产品的早期失效往往是产品质量低劣或质量管理不善及科学技术水平不高的直接反映。失效发生后能否尽快作出正确的判断，确定失效原因，制定防止失效的措施，则是衡量有关科技人员技术水平的重要标志。加入WTO后，我国的产品将参与国际市场的竞争，于是提高产品质量成为提高竞争力的关键因素。失效分析则是定量评定产品质量的重要基础，也是保证产品可靠性的重要手段。 机械科学研究总院、机械工业通用零部件产品质量监督检测中心在进行大量失效分析的基础上（包括对断裂、腐蚀和磨损的深入研究，特别是断口、裂纹和痕迹分析），分析了可能出现失效的形式和类型，以供大家在生产中借鉴，在生产工艺中加以避免出现失效的可能；同时，在今后的质量纠纷中维护自己的正当权益。 机械工业通用零部件产品质量监督检测中心熊学端研究员从事了几十年失 效分析研究工作，有很深的理论造诣，积累了丰富的失效分析经验，本文中列举了部分螺纹紧固件失效分析案例，希望能够为生产企业及用户提供良好的参考和借鉴；同时，中心愿为生产企业和用户在今后的失效分析中提供技术咨询和指导。 全国紧固件标准化技术委员会
目 录 第一部分 失效分析概述 (1) 1. 失效定义 (1) 2. 失效分析的意义、目的 (1) 3. 失效的来源 (1) 4. 失效分析的思路、方法 (1) 5. 断口分析 (2) 6. 断口分析部分名词术语 (3) 第二部分 失效分析案例 (7) 1. 汽车上臂螺栓断裂原因分析 (7) 2. 溜冰鞋螺钉、螺母断裂原因分析 (12) 3. 紧定螺钉断裂原因分析报告 (20) 4. 连杆螺栓断裂原因分析 (25) 5. 汽车轮毂螺栓断裂原因分析 (29) 6. M8×55高强度螺栓断裂原因分析 (33) 7. 高压开关螺栓断裂原因分析报告 (37) 8. 沟槽刚性接头紧固螺栓断裂原因分析报告 (42) 9. 定位螺钉断裂原因分析 (47) 10. M36×280高强度螺栓断裂原因分析 (53) 11. 高压线塔联结螺栓断裂原因分析 (59) 12. 中压电器用螺栓断裂原因分析报告 (64) 13. 网架螺栓断裂原因分析 (66) 14. 螺钉断裂原因分析 (69) 15. 吊环螺钉断裂失效分析 (73) 16. 螺栓失效原因分析 (79)
高强度螺栓断裂研究分析
高强度螺栓断裂分析
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高强度螺栓断裂分析 作者：上海交通大学曾振鹏 摘要:采用断口分析、金相检验和硬度 测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。 关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析 某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。 1检验 1.1材料的化学成分 用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。从表1可以看出，材料的化学成分符合标准要求。 1.2硬度测定 硬度测定结果列于表2。由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。 1.3材料的显微组织 (1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。
图1夹杂物形态及分布状况100× 图2螺栓的显微组织280× (2)显微组织见图2。组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。 1.4断口分析 (1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。 图3断口的宏观形貌 (2)断口的微观形态基本上以准解理花样为主，还有一些二次裂纹，如图4所示。
循环水泵膜片联轴器螺栓断裂原因分析
循环水泵膜片联轴器螺栓断裂原因分析 摘要：本文利用强度校核的方法，分析了膜片联轴器螺栓断裂的原因并对螺栓的装配方式提出了改进建议。 关键词：膜片联轴器 螺栓断裂 强度校核 扭矩 1前言——某厂循环水装置新安装的一台双吸型离心式水泵运行仅三天便发生了联轴器螺栓断 裂的现象。断裂部位：螺纹根部。新更换的联轴器螺栓在安装时严格按照说明书对联轴器中心、螺栓扭矩进行质量控制，但类似现象再次发生。 运行工况： 驱动电机功率：350KW ， 转速：1845r/min 联轴器形式：单金属膜片联轴器 联轴器螺栓： 螺纹规格：M16 ；拧紧力矩250N ·M ；材质：40Cr ； 数量：8件 1.1螺栓受力状态分析 膜片联轴器（又称金属叠片联轴器）由若干个叠合的金属膜片用螺栓交错地与两半联轴器（又称半对轮）连接而成，利用金属膜片的弹性变形来补偿两轴的相对偏移。设备运转过程中，联轴器依靠膜片与半对轮之间的正压力产生的摩擦力来传递扭矩。这种正压力为螺栓的预紧力。显然联轴器螺栓为紧连接状态。螺栓危险截面——螺纹根部小径处除受拉应力外，还受到螺纹拧紧力矩所引起的扭转应力。若螺栓预紧力过小，膜片同半对轮间产生的摩擦力不足以传递扭矩，那么膜片与半对轮将产生相对滑移，螺栓进而承受一定的剪切力。 为了判断螺栓是否承受剪切力，必须校验膜片与半对轮间的摩擦力。 对于M10—M68的粗牙螺纹，拧紧力矩T 同预紧力a F 之间的关系为 【1】 ： d F T a 2.0≈ (1) 式中： m m d 螺纹公称直径- KN F a 螺栓预紧力- 则: d T F a 2.0= (2) 膜片同半对轮间的静摩擦力f 为： μa o F n f = (3) 15.0=-μμ擦系数，半对轮同膜片间的静摩 4=-o o n n 半对轮侧的螺栓数量，
汽车悬置螺栓断裂失效分析
汽车悬置螺栓断裂失效分析 发表时间：2018-05-23T17:22:09.973Z 来源：《基层建设》2018年第6期作者：姚瑶 [导读] 摘要：本文分析了发动机安装支架和发动机支架的疲劳断裂问题。 江淮汽车集团股份有限公司乘用车制造公司安徽合肥 230601 摘要：本文分析了发动机安装支架和发动机支架的疲劳断裂问题。对螺栓的宏观、扫描电镜、化学成分和金相分析进行了分析，并对同一批次螺栓进行了力学性能试验。在各种物理化学试验的基础上，结合显微断裂和断裂机理，分析了螺栓的断裂原因。 关键词：汽车；悬置螺栓；失效分析 1前言 在开发多车发动机支架的过程中，将车辆用于发动机锻造钢悬架。在常规车辆的道路试验中，连接螺栓和螺栓断裂。本文从螺栓、螺柱断裂类型、螺栓连接强度计算和结构设计等方面分析了连接失效分析，并提出了改进建议。 2分析的内容 2.1分析样本 分析样品是一个完整的螺栓失效螺栓和失效螺栓。完整的螺栓是全新未使用的。 2.2分析内容 进行了断裂分析、化学成分分析、硬度测试、金相分析、扫描电镜和能谱测试。对完整的螺栓进行了化学成分分析、硬度测试、拉伸试验和金相分析。 2.2.1宏观断口分析。 断裂的连杆被分成两部分：螺纹部分的断裂部分留在连杆的深孔中，螺栓的另一部分暴露在外。打开螺丝孔后，将断头取出，螺孔内螺纹有外拉的痕迹。通过与相同模型的完全螺栓比较，发现螺栓的断裂位置位于螺纹的第一齿位置，螺纹部分没有明显的塑性变形。由于暴露螺钉的二次损伤，存在明显的多重冲击痕迹，杆体严重变形。虽然断裂具有一定的疲劳特性，但断裂边缘明显受到破坏。因此，暴露的螺杆部分没有断裂分析值。 2.2.2化学成分分析 样品采用螺栓，化学成分符合设计人员的技术要求。 2.2.3光学金相分析。 对失败螺栓基体的金相组织进行分析，组织相对均匀。在螺栓表面附近的组织形态学中未发现明显的脱碳。金相检查未发现异常。 2.2.4硬度分析。 结果表明，断裂螺栓的硬度与设计要求一致。 2.2.5SEM分析 采用扫描电子显微镜观察螺栓孔内的断裂情况，发现裂纹源位于断裂边缘。源区域面积较小，瞬时区域面积约为1/2。通过安装位置对准，线的螺纹有向外拉的位置。源区域的部分增大，疲劳阶段从断裂边缘开始，有许多与裂纹扩展方向垂直的小的疲劳条纹。 在源区没有明显的夹杂物和不均匀的冶金缺陷。随着裂纹扩展，疲劳条纹变得越来越长。在裂缝快速膨胀区，有一个明显的酒窝形状。扫描电镜（sem）在螺纹上观察，发现裂纹与断裂源部分平行。横截面的外表面有许多微裂纹。螺纹表面没有明显的加工缺陷。螺杆断裂为多个断口源，断裂源集中在截面的同一侧，锚杆和瞬态断裂带占整个断裂的比例（近1/2），这是典型的大应力低周疲劳断裂特征。通过对螺纹的观察，发现加工缺陷引起的应力集中，除了疲劳裂纹外，没有发现。因此，扫描电子显微镜（sem）的结果表明，连杆的断裂是在高单向弯曲循环加载作用下形成的。 3基于VDI2230方法的连接计算分析。 机械设计手册主要是指国家标准的螺栓连接计算方法。与VDI2230的计算方法相比，计算方法略粗糙，前考虑不全面。本文采用VD12230方法计算悬吊支架的连接，从表面处理、摩擦系数、结构尺寸、预紧力矩等方面分析了螺栓的连接强度。通过道路光谱采集，获得了悬吊支架的载荷和横向载荷，并得到了悬架的横向载荷。通过实验得到了连接结构的摩擦系数。 表一：摩擦系数 （1）使用VDI2230方法（MDESIGN分析软件）的帮助下，螺栓疲劳应力幅值是80mpa，电泳锻钢悬置支架的抗滑安全系数引擎联接螺栓底部SG=1.5，小于VDI2230SG1.8或更高的设计要求、安全系数；锻钢支架山经过电泳处理（相对结表面之间的摩擦系数是0.18），，通过嵌入预应力损失预紧的损失（VDI2230嵌入式）。因为螺栓利用率是72.3%，可以满足连接的安全系数增加扭矩。然而，螺栓的应力幅值很小，当扭矩接近屈服时，螺栓的应力幅值仍然高达71MPa。 （2）如果连接支撑面不进行电泳（螺栓的摩擦系数为0.23），则螺栓连接防滑的安全系数为SG=1.92，满足连接安全系数的要求；螺栓应力幅值为62MPa，不满足螺栓疲劳应力的要求。 （3）采用电导支架，然后螺栓扭矩增加，使螺栓计算利用率达到95%，螺栓疲劳应力幅值仍高达56mpa，仍然不能解决螺栓疲劳应力幅值过大的问题。结果表明，单纯增加预应力不能解决锚杆的疲劳破坏，表明锚杆应力幅值过大，导致螺栓疲劳断裂。 （4）通过增加基础凸集的3毫米直径，增加的面积的利用率95%结表面和螺栓，螺栓应力幅值明显降低，增加了底座直径的螺栓疲劳失效后问题解决了道路试验。指出零件结构的尺寸设计对螺栓连接的疲劳性能有重要影响，是提高螺栓连接在允许结构下的疲劳性能的一种方法。 （5）当然，在这种连接结构中，在弯矩作用下，3个紧固点分布，在弯矩作用下容易发生接触面积，在螺栓应力打开后会急剧增加，最终导致疲劳失效。如果你考虑在三角形分布中变化的扣分，可以有效地减少弯曲力，在三个螺栓上的载荷分布可以更均匀，防止单个螺栓发生早期疲劳断裂失效。然而，在发动机室空间中，很难进行有足够空间的三角形连接布置。
螺栓断裂分析报告
高强度螺栓断裂分析 曾振鹏 (上海交通大学高温材料及高温测试教育部重点实验室，上海200030) 摘要:采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。 关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析 某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。 1 检验 1.1 材料的化学成分 用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。从表1 可以看出，材料的化学成分符合标准要求。 1.2 硬度测定 硬度测定结果列于表2。由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。 1.3 材料的显微组织 (1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。
图1 夹杂物形态及分布状况 100×图2 螺栓的显微组织280× 4%硝酸酒精溶液侵蚀 (2)显微组织见图2。组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。 1.4 断口分析 (1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。
螺栓断裂原因分析
螺栓断裂原因分析 螺栓的抗拉强度比想象中强得多，以一只M20×80的8.8级高强螺栓为例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力载荷是20吨，高达它自身重量的十万倍，一般情况下，我们只会用它紧固几十公斤的部件，只使用它最大能力的千分之一。即便是设备中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺栓的抗拉强度是足够的，不可能因为螺栓的强度不够而损坏。 很多螺栓断裂的最终分析认为是超过螺栓的疲劳强度而损坏，但是螺栓在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次才会损坏。换句话说，螺栓在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了螺栓能力的万分之一，所以说螺栓的损坏也不是因为螺栓疲劳强度。 静态紧固用螺栓很少会自行松动，也很少出现断裂情况。但是在冲击，振动，变载荷情况下使用的螺栓就会出现松动和断裂的情况。 所以我认为螺栓损坏的真正原因是松动。螺栓松动后，螺纹和连接件之间产生微小间隙，冲击和振动会产生巨大的动能mv^2，这种巨大的动能直接作用于螺栓，受轴向力作用的螺栓可能会被拉断。受径向力作用的螺栓可能会被剪断。 因此设计时，对于关键的运动部位的连接紧固要注意防松设计。 自锁螺母尼龙锁紧螺母以上为两种形式的锁紧螺母。 对于弹簧垫片的放松效果，一直存在争议。 弹簧垫圈的放松原理是在把弹簧垫圈压平后，弹簧垫圈会产生一个持续的弹力，使螺母和螺栓连接副持续保持一个摩擦力，产生阻力矩，从而防止螺母松动。同时弹簧垫圈开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件的表面，从而防止螺栓相对于被连接件回转。
以M16螺栓连接为例，实验显示用约10N.m的螺栓预紧力矩就可以将16弹簧垫圈完全压平。弹簧垫圈只能提供10N.m的弹力，而10N.m的弹力对于280N.m的螺栓预紧力矩来说可以忽略，其次，这么小的力，不足以使弹簧垫圈切口处的尖角嵌入螺栓和被连接件表面。折卸后观察，螺栓和被连接件表面都没有明显的嵌痕。所以，弹簧垫圈对螺栓的防松作用可以忽略。另外，在螺栓与被连接件之间增加一个垫圈，如果垫圈质量有问题，相当于给螺栓连接又增加了一个安全隐患。
汽车用螺栓断裂分析
记录号：JS-AL-紧固件-019 汽车用螺栓断裂分析 摘要：某面包车底盘下摆臂的一个紧固螺栓发生断裂。生产厂要求分析螺栓早期断裂的原因。扫描电镜和金相分析结果表明，送检螺栓产生了沿晶脆断，是导致螺栓早期断裂的原因。 关键词：螺栓；金相检验；沿晶断裂 材料种类/牌号：结构钢/40Cr 概述 某海狮面包车行驶约400公里时，其底盘下摆臂的一个紧固螺栓发生断裂。螺栓生产厂将事故发生原件送中国科学院金属研究所失效分析中心，要求分析螺栓早期断裂原因。 螺栓是由一高强度标准件厂生产的，其规格为MI2X1.25X44，材料为4OCr 结构钢，螺栓经调质处理，硬度值要求为HRC34-39。 测试过程与结果 宏观检查 图1是送检实物的局部宏观像，黑箭头指螺栓断口。在下摆臂的两个螺孔的外侧表面，各有部分黑色油漆被擦掉(白箭头指示)，但二者被擦部位不同。对断裂螺栓的螺孔，被擦部位在图1中螺孔的上方;对末断螺栓的螺孔，被擦部位在图1中螺孔的下方。油漆被擦说明下摆臂与通过螺栓被其紧固的拉杆座之间在两个螺孔附近出现局部相对滑动，这种相对滑动应发生在螺栓断裂之后。 图2是螺栓断口的宏观像，螺栓断裂于螺纹根部(黑箭头所示)。整个断口可分为2部分:一部分断口与螺栓纵向基本垂直，呈黑灰色，稍显粗糙，用数字1标出;另一部分断口与螺栓纵向斜交，呈银灰色，较为光滑，用数字2标出。断口两部分形貌的明显差异说明螺栓断裂经历了两个不同的过程。需要说明的是，与数字2所示的断口部分相邻的螺孔也出现了部分断裂(白箭头所示)，其形貌与数字2标识的断口相近。 图1、送检实物局部宏观像 图2、螺栓断口的宏观像 用线切割万法开槽，加力将下摆臂断裂螺栓的螺孔分开，如图3所示。螺孔内的黑色润滑油脂和黄绿色锁固剂分布均匀，螺栓上的润滑油脂和锁固剂分布也基本均匀，这说明螺孔与螺栓的齿面间润滑良好，未见局部磨损现象。 综上所述，宏观检查说明螺栓断裂应包括两个不同的断裂过碍。螺孔与螺栓之间齿面润滑良好，未见磨损。 中国应急分析网
螺纹紧固件失效分析案例(第2部分)
5．金相组织 分别对未断与断裂螺钉和螺母各1件纵向解剖进行金相观察。图8为试样末浸蚀时的低倍形貌。 a 25× b 50× c 25× 图8 螺钉纵剖金相磨面（a、b—螺钉，c—螺母） 从图可以清楚地看到，螺钉在牙的侧面存在明显的裂纹，每个牙上裂纹的位置与形态完全一致，将裂纹放大后（图8b）可以明确判断，上述裂纹实际上是螺钉在搓丝过程中形成的折叠。折叠处（图8b中的A处）的显微硬度为540HV ， 0.05明显要高于其他部位的渗碳层的硬度，此系A处两面渗碳的结果，这点同时也说明上述裂纹在热处理前业已存在。 另外，对一个断裂的螺钉解剖后发现，在过渡圆角处存在细微裂纹（图9），浸蚀后观察，该裂纹沿晶扩展（图10），这与断口源区扫描电镜下观察到的沿晶断裂特征（图3）完全吻合。在裂纹周围也未发现非金属夹杂物聚集和沉淀相析出。 图9 断裂螺钉圆角处的裂纹50× 图10 图9裂纹浸蚀后的放大形貌500×
螺母牙顶形成双峰（图8C），这也是搓丝工艺不当所形成的。双峰鞍部形成的不规则尖缺口将对随后的热处理及使用均将产生不利影响。 图11为螺钉渗碳层的低倍形貌及渗层组织，渗碳层为回火屈氏体。断裂与未断裂螺钉的芯部组织均为板条马氏体，未断螺钉的马氏体板条更粗大些（图12）。 25× 100× 图11 螺钉渗碳层形貌及组织 a断裂螺钉 b未断螺钉 图12 螺钉的芯部组织500× 图13为螺母的渗碳层组织，断裂与未断裂螺母的渗碳层组织相同，均系回火屈氏体。断裂螺母与未断裂螺母的芯部组织则完全不同（图14）。 图13 螺母的渗碳层组织250×
a 断裂螺母 b 未断螺母 图14 螺母的芯部组织 500× 断裂螺母芯部组织为绌片状珠光体+铁素体，而未断者为板条马氏体。这与表1中螺母测定的硬度值完全对应。 6.含氢量分析 根据螺钉断口形貌特征及延时断裂特征，加之螺钉经酸洗后镀锌，怀疑有渗H 2 现象[1]。因此，对螺钉进行了含氢量测定，采用高频加热——热导法 （QB-Q-05-81）。为了对比，对螺钉和螺母经除H 2处理与未除H 2 处理（原始态） 各1件进行了测定。结果如表2。 表2螺钉H2含量 原始态 含H2量0.0005（5ppm） 螺钉 220℃×3h除H2含H2量0.0006（6ppm） 原始态 含H2量0.0006（6ppm） 螺母 230℃×3h除H2含H2量0.0003（3ppm） 显然，螺钉镀锌过程中已显著渗H 2 ，尽管尝试了除氢处埋，螺钉没有显示出效果(和除氢温度和时间不够有关)，螺母中的含氢量虽降低了一半，但仍然很高。 三、结果分析 1．原材料 从螺钉、螺母的金相组织可以初步判断，材料为低碳钢。螺钉的断裂表明与材料成分没有关系，因此对材料的化学成分未作且也无必要进行分析。 螺钉的非金属夹杂物未见异常。 2．机加工 从检验结果可以明显看出，无论是螺钉还是螺母，在机加工过程中均存在明显的缺陷。螺钉在搓丝过程中产生了严重的折叠，折叠形成的尖锐缺口，在随后的热处理过程中极易诱使缺口继续扩展。另外，这种折叠缺口沿周向分布，与外加载荷主应力垂直，由于应力集中效应，很容易使螺钉拧紧时产生的拉应力作用下造成裂纹缓慢扩展，最终导致失稳断裂。 螺钉双峰齿顶的形成同样也是加工螺纹时工艺不当产生的，双峰之间鞍部的尖锐缺口对螺钉的使用性能不利。 3．热处理 检验结果表明，螺钉和螺母渗碳层分布及组织没有发现异常。但断裂螺母的芯部组织为P+F混合组织，完伞不同于未断螺母的板条马氏体组织。P+F混合组
13种方法取断螺丝方法总结
下面有13种方法取断螺丝方法总结 ，应根据自己的实际情况来选择，也可以几种方法一起用。要讲究灵活性，希望可以帮助大家。 1、可以使用砂轮机把断丝的部位磨平，再用小钻头先钻，再逐渐改用较大的钻头，断丝就逐渐脱落，脱落之后用原来大小的丝锥重新攻一下牙，这样的优点可以不用增大孔径。 2、在断入物上焊接一铁棒，然后拧出。（缺点：a、太小的断入物无法焊接；b、对焊接技巧要求极高，容易烧坏工件；c、焊接处容易断，能取出断入物的几率很小。） 3、用比断入物硬的锥状工具撬。（缺点：a、只适宜脆性断入物，将断入物敲碎，然后慢慢剔出；b、断入物太深、太小都无法取出；c、容易破坏原有孔。） 4、做一个比断入物直径小的六角电极，用电火花机床在断入物上加工一六角沉孔，然后用内六角扳手拧出。（缺点：a、对锈死的或卡死的断入物无用；b、对大型工件无用；c、对 太小的断入物无用；d、耗时、费事。） 5、直接用比断入物小的电极，用电火花机床打。（缺点：a、对大型工件无用，无法放入电火花机床工作台；b、耗时；c、太深时容易积碳，打不下去。） 6、用合金钻头打（缺点：a、容易破坏原有孔；b、对硬质断入物无用；c、合金钻头较脆易断。） 7、现在有一种用电加工原理设计制造的便携式工具机，能轻松快速将断螺丝、断丝锥钻头取出。 8、如果螺丝不太硬，可以把端面挫平，再找出找中心点，用样冲打一小点上去，用小一点的钻头先钻，要垂直，然后用断丝取出器反向拧出即可。 9、如果买不到断丝取出器，就用大一点的钻头继续扩孔，在孔径接近螺丝时，有些丝会吃不住劲脱落下来了，剔除余下的丝牙，然后用丝锥重新修整就行。 10、如果螺丝断丝有露出来，或断螺丝处要求不严格，还有用手锯能够锯着，可以锯条缝，连外壳也锯，然后用平口螺丝刀卸下来。 11、如果断丝露出一定长度在外面，而且机械材料溶点又不太低，可用电焊在螺丝上面焊一个加长T型杆，这样就能从焊接的杆轻易拧出。 12、如果螺丝生锈非常严重，用上面的方法不好处理的，建议用火烤红后加进一点润滑油，再用以上相应的方式处理。 13、经过N多努力后，螺丝虽然是取出来了，但这时孔也废了，索性就钻个更大的孔攻丝，