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公司名稱：廣州市安普檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司

摘要：通過宏觀形貌分析、掃描電鏡及能譜分析、金相組織檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、化學(xué)成分檢測(cè)對(duì)六角螺栓斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明，失效螺栓的化學(xué)成分、表心硬度、顯微組織、晶粒度等指標(biāo)均無異常。斷口宏觀形貌顯示，約二分之一斷面區(qū)域呈現(xiàn)黑色。經(jīng)能譜掃描表明，黑色區(qū)域氧化嚴(yán)重，該區(qū)域可能經(jīng)歷過高溫氧化。斷口微觀可見明顯的沿晶斷裂形貌，晶粒粗大。結(jié)合螺栓制造工藝，推斷紅打工序加熱爐存在“跑溫”情況導(dǎo)致樣品發(fā)生過燒。因此，判斷螺栓失效模式為過燒引起的過載斷裂。

某型號(hào)的動(dòng)車轉(zhuǎn)向架部位的六角頭螺栓在裝配過程中發(fā)生斷裂，設(shè)計(jì)安裝扭矩為80N.m，安裝時(shí)螺紋部位涂抹潤(rùn)滑油。該批次螺栓材質(zhì)為35CRMO，規(guī)格為M12*110，性能等級(jí)為10.9級(jí)。螺栓制造工藝為：斷料—粗加工—紅打—拋丸—熱處理—機(jī)械性能檢測(cè)—CNC精加工—滾絲—100%探傷—表面處理。

1六角頭螺栓斷裂失效分析

1.1化學(xué)成分分析

采用直讀光譜儀對(duì)送檢螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果表明1所示符合GB/T3077-2015標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于35CRMO鋼的規(guī)定。

1.2宏觀分析

圖1所示為送檢試驗(yàn)宏觀形貌，可見斷裂發(fā)生于靠近頭部一側(cè)的光桿處，斷口附近未發(fā)現(xiàn)明顯的塑性變形，斷口左側(cè)約二分之一斷面面積的區(qū)域呈黑色（箭頭所示）。將斷口分為A、B、C、D4個(gè)區(qū)域進(jìn)一步描述。

1.3掃描電鏡及能譜分析

圖2所示為失效螺栓斷口低倍形貌，可見斷面粗糙，無明顯塑性變形，斷口左側(cè)約為二分之一斷面面積的區(qū)域呈黑色（箭頭所示）。將斷口分為A BCD4個(gè)區(qū)域進(jìn)一步描述。

A區(qū)微觀形貌分析圖3所示。圖3（a）、圖3（b）為A區(qū)微觀形貌，斷面存在明顯的覆蓋物，隱約可見沿晶形貌，晶粒粗大。圖3（C）為A區(qū)能譜分析結(jié)果，可見覆蓋物主要成分為鐵的氧化物。圖4、圖5分別為B、C兩區(qū)微觀形貌分析。可見明顯的沿晶形貌，晶粒粗大，晶面存在少量微孔，晶界已經(jīng)變寬，出現(xiàn)熔融的特征，評(píng)價(jià)晶粒直徑約為0.15MM。圖6所示為D區(qū)微觀形貌，可見明顯的韌窩形貌。

1.4金相組織分析

對(duì)縱向撥開斷裂殘件進(jìn)行金相觀察，斷面黑色區(qū)域縱截面拋光態(tài)形貌圖7所示，可見黑色區(qū)域斷面走勢(shì)蜿蜒，存在明顯的氧化層，斷面附近可見明顯的沿晶裂紋，裂紋內(nèi)部填充氧化物。

采用4%硝酸酒精溶液對(duì)拋光態(tài)試樣進(jìn)行腐蝕并觀察，圖8所示為黑色區(qū)域面附近金相組織，可見分支裂紋兩側(cè)存在輕微脫碳現(xiàn)象。

圖9所示為失效螺栓心部顯微組織，為均勻的回火索氏組織。

圖10所示為失效螺栓晶粒度形態(tài)，根據(jù)GB/T6394—2017標(biāo)準(zhǔn)判定為10級(jí)。因此判定失效螺栓調(diào)質(zhì)熱處理過程無異常。

采用對(duì)拋光態(tài)試樣進(jìn)行腐蝕并觀察，圖11所示為黑色斷面附近金相組織，可見螺栓原始組織（調(diào)質(zhì)熱處理前）晶粒粗大，直徑為0.10MM-0.15MM，與斷面晶粒直徑基本吻合，分支裂紋沿原始組織晶界擴(kuò)展。

對(duì)失效螺栓與完好螺栓分別進(jìn)行表心硬度檢測(cè)，結(jié)果表2所示，表心硬度均符合ISO898-1;2013標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于10.9級(jí)螺栓的規(guī)定。

選取一件完好的螺栓進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，斜墊角度為10度，當(dāng)拉力值到達(dá)97.3KN時(shí)，螺栓斷裂于未旋合螺紋部位，經(jīng)計(jì)算的螺栓抗拉強(qiáng)度為1 155MPA，符合ISO898-1；2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（不小于1 040MPA）。

2綜合分析

檢測(cè)結(jié)果表明，斷面二分之一面積的區(qū)域呈黑色，氧化嚴(yán)重，同事黑色斷面附近存在明顯的分支裂紋，裂紋兩側(cè)存在脫碳現(xiàn)象，說明該黑色斷面而形成于調(diào)質(zhì)熱處理前。另外二分之一斷面面積的區(qū)域可見明顯的沿晶形貌，晶界加粗，晶粒粗大，晶面存在少量微孔，出現(xiàn)過燒特征。能普掃描未發(fā)現(xiàn)氧化現(xiàn)象，該區(qū)域?yàn)檠b配過程中的瞬間區(qū)。失效螺栓化學(xué)成分，表心硬度、顯微組織、晶粒度等指標(biāo)未發(fā)現(xiàn)異常，最終調(diào)質(zhì)熱處理過程正常。黑山斷面附近原始組織晶粒粗大，與斷面晶粒尺寸吻合，說明最終調(diào)質(zhì)熱處理前該區(qū)域存在過燒現(xiàn)象。送檢螺栓頭部為紅打成型，有理由推斷紅打工序加熱爐可能存在“跑溫”情況，導(dǎo)致個(gè)別螺栓發(fā)生過燒。在較高溫度下，S、P等低熔點(diǎn)物質(zhì)首先在晶界點(diǎn)發(fā)生偏聚，降低晶界熔點(diǎn)，晶界發(fā)生氧化和熔化，形成沿晶過燒裂紋，削弱了晶界位置的強(qiáng)度，造成螺栓承載能力的下降。因此判斷送檢螺栓失效模式為過燒引起的過載斷裂。

3結(jié)論與建議

（1）送檢螺栓失效模式為過燒引起的過載斷裂。

（2）過燒發(fā)生于紅打工序。

（3）建議加強(qiáng)鍛造溫度和保溫時(shí)間的控制，杜絕過燒現(xiàn)象發(fā)生。

公司介紹：

廣州市安普檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司，長(zhǎng)期致力于為多領(lǐng)域客戶提供一站式檢測(cè)服務(wù)及完善的安普檢測(cè)解決方案，與幾大著名檢測(cè)機(jī)構(gòu)如ITS天祥集團(tuán)、TUV南德認(rèn)證、SGS通標(biāo)都有長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定的合作關(guān)系，并獲得了相應(yīng)授權(quán)。安普檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室位于深圳，擁有CNAS與CMA資質(zhì)，設(shè)有多個(gè)設(shè)備先進(jìn)和測(cè)試功能齊全的實(shí)驗(yàn)室以及資質(zhì)齊全的無損檢測(cè)人員團(tuán)隊(duì)，在倉(cāng)儲(chǔ)貨架安全、無損探傷、焊接工藝評(píng)定、材料測(cè)試、精密尺寸測(cè)量等領(lǐng)域提供專業(yè)的檢測(cè)、檢驗(yàn)及相關(guān)技術(shù)服務(wù)。尤其是在貨架安全檢驗(yàn)檢查方面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為多個(gè)知名企業(yè)進(jìn)行了貨架安全檢驗(yàn)，排除隱患，協(xié)助企業(yè)形成自檢制度，提高運(yùn)營(yíng)安全性。尺寸測(cè)量以及逆向工程也是廣州安普的優(yōu)勢(shì)服務(wù)項(xiàng)目之一，技術(shù)團(tuán)隊(duì)有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備精密，可以完成客戶所有關(guān)于尺寸方面的需求。