螺栓装配过程中断裂失效_失效分析案例

【失效分析】螺栓装配过程中断裂失效

04月,11,2024 | 浏览次数：322

01.测试背景

某8.8级高强螺栓在汽车減速器上装配过程中发生断裂，具体断裂参数不详，断裂螺栓如下图。客户送检失效样品进行检测分析，实验室对不良样品进行宏观观察、断口微观分析、夹杂物分析、金相组织分析、化学成分及硬度分析，以期找出断裂失效原因。

不良样品外观照片

02.样品信息

螺栓材质为SWRCH35K，其制作工艺为冷镦→搓牙→清洗→热处理→镀锌处理，出货给汽车零组件厂进行组装使用。

03.测试项目、方法及设备信息

测试项目	测试设备	测试方法
断口宏观观察	3D显微镜（VHX-600E）	按设备商方法
断口微观形貌及成分分析	SEM（SU1510）&EDS（EX250）	加速电压15kV
夹杂物分析	金相显微镜（Zciss Imager.A2m）	GB/T 10561-2005
金相组织	金相显微镜（Zciss Imager.A2m）	GB/T 13298-2015
化学成分	Spark 光谱分析仪（SPECTRO MAXx）	ASTM E 415-2021
维氏硬度	维氏硬度计（Mitutoyo）	JIS Z 2244-2020

测试环境：(23±5)℃，(40~80)%RH
04.测试结果

4.1|断口宏观观察

不良样品宏观观察照片

小结：对断裂螺栓进行宏观观察发现，断裂位置存在轻微颈缩现象，且断面与螺栓轴向呈近似45°方向，为典型的扭转剪切断口；不良样品螺牙根部镀锌层明显开裂，且螺帽位置也有明显的变形现象，说明螺栓断裂前受力较大；断面A位置呈深灰色，推测为裂纹源，位于螺纹近螺牙根部， B区域呈灰色，有明显的扩展台阶，为裂纹扩展区，C区域为浅灰色，为断口瞬断区。

4.2|断口微观形貌及成分分析

EDS成分测试结果 (wt%)

A-200X	C	O	Fe	Tatal
1	7.47	6.16	86.37	100.00
2	2.21	/	97.79	100.00
3	2.05	/	97.95	100.00

小结：断口A区域为解理河流花样，部分位置存在明显铁锈，B区域存在明显的扩展台阶，微观形貌为细小的韧窝形貌，C区域瞬断区为典型的等轴韧窝形貌，断面整体为韧性断裂，整个断口表面未发现其他异常元素存在。EDS成分数据为半定量分析，结果仅供参考，所给成分为质量百分比。

4.3|夹杂物分析

小结：螺栓左右两侧的螺牙根部均无明显裂纹存在，螺牙根部镀锌层有明显破坏痕迹，螺栓基体中并无较大的气孔或夹杂物存在，根据GB/T 10561-2023对基体中非金属夹杂物进行评级，基体夹杂物为D类，级别为2.0级。

4.4|金相组织

小结：从断口位置金相组织可以看出，断口处晶粒明显沿一定方向被拉长，说明该位置断裂前有明显受力情况；螺栓芯部与螺牙组织相对均匀，均为回火索氏体，说明材料经过调质处理，参照GB/T 3098.1-2010，断裂螺栓的金相组织符合要求。

4.5|化学成分测试 Unit：%

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Fe
点1	0.349	0.100	0.713	0.003	0.002	0.053	0.029	0.058	余量
点2	0.342	0.100	0.705	0.003	0.002	0.053	0.029	0.058	余量
平均值	0.345	0.100	0.709	0.003	0.002	0.053	0.029	0.058	余量