45K冷镦钢螺栓装配过程断裂失效分析
螺栓断口失效分析
1、解理断裂（大多数情况下为脆性断裂）2、剪切断裂1、静载断裂（拉伸断裂、扭转断裂）2、冲击断裂3、疲劳断裂1、低温冷脆断裂2、静载延滞断裂（静载断裂）3、应力腐蚀断裂4、氢脆断裂断口微观形貌（图3/4/5/6），断口呈脆性特征，表面微观形貌为冰糖状沿晶断裂，芯部为沿晶+准解理断裂，在断裂的晶面上有细小的发纹状形貌。
结论：零件为沿晶断裂的脆性断口。
断口呈脆性特征，表面微观形貌沿晶断裂，芯部为准解理断裂；终断区（图4）微观为丝状韧窝形貌，为最终撕裂区结论：断口为脆性断裂宏观断口无缩颈现象且微观组织多处存在剪切韧窝形貌，为剪切过载断裂断口。
综上分析：零件为氢脆导致的断裂，氢进入钢后常沿晶界处聚集，导致晶界催化，形成沿晶裂纹并扩展，导致断面承载能力较弱，最终超过其承载极限导致断裂典型氢脆断口的宏观形貌如右图所示：氢脆又称氢致断裂失效是由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致的失效。
氢脆多发生于螺纹牙底或头部与杆部过渡位置等应力集中处。
断口附近无明显塑性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶颗粒状，一般可见放射棱线。
色泽亮灰，断面干净，无腐蚀产物。
应力腐蚀也属于静载延滞断裂，其断口宏观形貌与一般的脆性断口相似，断口平齐而光亮，且与正应力相垂直，断口上常有人字纹或放射花样。
裂纹源区、扩展区通常色泽暗灰，伴有腐蚀产物或点蚀坑，离裂纹源区越近，腐蚀产物越多。
应力腐蚀断面最显著宏观形貌特征是裂纹源表面存在腐蚀介质成分贝纹线是疲劳断口最突出的宏观形貌特征，是鉴别疲劳断口的重要宏观依据。
如果在宏观上观察到贝壳状条纹时，在微观上观察到疲劳辉纹，可以判别这个断口属于疲劳断口。
螺栓断裂分析报告
螺栓断裂分析报告1. 引言螺栓是一种常见的连接元件，广泛应用于工程领域。
然而，在使用过程中，螺栓的断裂可能会导致严重的安全事故和设备损坏。
因此，对螺栓的断裂原因进行分析非常重要。
本文将介绍螺栓断裂的分析步骤，以帮助读者更好地了解螺栓断裂的原因，并提供相应的解决方案。
2. 分析步骤螺栓断裂分析通常可以按照以下步骤进行：2.1 收集断裂螺栓样本首先，需要收集断裂的螺栓样本。
这些样本应来自不同的工程项目，并涵盖不同的工作条件。
收集足够数量的样本有助于得出准确的结论。
2.2 观察断口形貌通过对断裂螺栓的断口形貌进行观察可以初步判断断裂的原因。
断口形貌可以分为韧性断口、脆性断口等。
韧性断口常常表明螺栓断裂是由于受到超负荷载荷所致，而脆性断口则意味着存在其他问题。
2.3 进行金相分析金相分析是一种常用的分析方法，通过对螺栓样本进行金相薄片制备和观察，可以获得螺栓的组织结构信息。
通过金相分析，可以检测到螺栓材料中的缺陷、夹杂物、氧化层等问题。
2.4 进行力学性能测试力学性能测试是评估螺栓质量的重要手段。
通过对螺栓样本进行拉伸试验、硬度测试等，可以了解螺栓的强度、韧性等性能参数。
与标准数值进行对比，可以判断螺栓是否达到设计要求。
2.5 考虑工况因素分析断裂螺栓时，还需要考虑螺栓所处的工作条件。
例如，工作温度、湿度、振动等因素都可能对螺栓的性能产生影响。
通过分析工况因素，可以找到与断裂相关的潜在问题。
2.6 结果分析与解决方案综合以上分析结果，可以得出螺栓断裂的原因。
根据不同的原因，提出相应的解决方案。
例如，如果断裂原因是由于材料质量问题，可以优化材料制备过程；如果是由于超负荷导致断裂，则需要对工作负荷进行合理评估等。
3. 结论螺栓断裂分析是一项复杂的工作，需要综合考虑多个因素。
通过对断裂螺栓样本的观察、金相分析、力学性能测试以及考虑工况因素，可以准确判断螺栓断裂的原因，并提出相应的解决方案。
对螺栓断裂问题的分析与解决不仅可以提高工程项目的安全性，还能为相关领域的研究提供参考。
螺栓断裂原因分析及预防
螺栓断裂原因分析及预防摘要：本文通过对失效螺栓及同批次的零件进行理化分析和无损检测。
对断裂件进行了宏观、微观断口观察、金相组织检查、硬度、化学成分、破坏拉力等一系列试验，经分析找出螺栓失效原因，并提出预防措施。
关键词：螺栓断裂回火脆化螺栓作为飞机上重要的紧固件，其发生断裂危害较大。
我厂修理过程中使用的螺栓主要为M4、M5、M6、M8和M10等规格，然而在某产品装配和停放过程中，某批次30CrMnSiA M8的螺栓先后发生脆性断裂。
引起工厂高度重视，因为螺栓发生脆断，不论是氢脆断裂，还是热处理造成的脆性断裂大都与“批次性”问题有关，涉及数量多，危害大，组织专业人员对螺栓在装配过程中及装配一段时间后发生断裂的原因进行了分析，并对后续的预防工作，提出了建议和方案。
1 宏观、微观检查对断裂螺栓进行宏观观察：发现断裂位置接近于第一扣螺纹处见（图1）。
断裂处螺纹表面未发现有明显的机械接触痕迹，如压坑、啃刀、划伤等表面缺陷，也未发现热处理表面烧蚀痕迹、螺纹变形等现象，没有局部麻点、剥蚀等缺陷。
断裂螺栓螺纹牙底呈线性起源，放射棱线粗大，断口附近无明显宏观塑性变形，断口齐平，呈暗灰色，断面粗糙，具有金属光泽（图2）。
图1断裂螺栓图2螺栓断口图3 螺栓整体形貌对裂纹断口进行观察，断口特征呈现以沿晶为主＋韧窝的混合断裂形貌，且断口源区未见冶金和加工等产生的缺陷。
对同批次的螺栓抽样进行了磁粉检测，在螺纹的根部没有发现表面或近表面裂纹，对螺栓进行X射线检测，也没有发现内部缺陷。
同批螺栓见图3。
2 材质检验2.1成份分析抽取同批次的螺栓去掉镀层后制取化学粉末，采用碳、硫联合测定仪对碳、硫含量进行了检测，利用QSN750光谱仪对其它元素进行了检测，结果见(表1)，螺栓的化学成分符合技术要求，但含碳量较高。
表1 化学成份检测结果表2.2 金相分析在靠近断口位置切取金相试样，镶嵌、磨抛、腐蚀后，显微镜对试样进行组织观察，螺栓显微组织为较粗大的回火马氏体（图4）。
冷镦钢开裂成因分析及质量改进
冷镦钢开裂成因分析及质量改进首先，冷镦钢的开裂与材料本身的内部结构有着密切的关系。
一般来说，冷镦钢的主要组成成分是铁和碳，有些低合金钢还会加入一些其他的合金元素，例如锰、钼、铬等。
这些元素在钢材中形成了各种固相与溶相，并形成了相互之间的复杂的相变关系。
在加工过程中，由于变形强度过大，致使钢材发生了位错等缺陷，造成了材料的内应力增大。
随着内应力的不断积累，最终导致了冷镦钢的开裂。
除此之外，冷镦钢的开裂现象还与外部的工艺条件有着密切的关系。
在冷镦钢的加工过程中，传统的工艺一般采用了多道工序，如毛坯加工、共轭滚后、粗拉削、精拉削等，其中每道工序都有可能引起材料的开裂，特别是在共轭滚后和粗拉削工序中更为常见。
这是因为这两个工序的加工过程都会增加钢材的塑性变形程度，导致材料的内应力增加，从而引起冷镦钢的开裂。
针对这些问题，我们可以采用以下一些措施来改进冷镦钢的质量。
首先，我们可以对冷镦钢的加工条件进行适当的优化。
例如，在毛坯加工、共轭滚后、粗拉削等工序中，应该控制变形度、速度、温度等条件，严格遵守工艺参数。
其次，我们可以采用一些新的成型工艺来降低材料的内应力。
例如，现代的冷镦钢加工工艺已经开始采用单锤冷锻、多锤冷锻等技术，这些技术都能够有效地控制变形程度，降低材料的内应力，从而减少冷镦钢的开裂。
最后，我们可以加强冷镦钢材料的质量控制，从原材料的选择、配料环节开始，大力优化生产工艺，并对检验人员进行严格的培训，确保每个生产环节都能够有效地管理和控制，从而保证冷镦钢材料的质量。
综上所述，冷镦钢的开裂现象是由许多因素引起的，其中材料本身的内部结构和外部工艺条件是主要的原因。
通过优化生产工艺、采用新的冷锻工艺等方式来降低材料的内应力，可以有效地减少冷镦钢的开裂，提高冷镦钢的质量和性能。
螺栓断裂分析报告
螺栓断裂分析报告一、引言螺栓是一种常见的连接元件，在机械设备和结构工程中得到广泛应用。
然而，螺栓在使用中可能会发生断裂，给机械设备和结构的安全运行带来隐患。
本报告旨在对螺栓断裂进行分析，并提供解决方案，以确保设备和结构的安全性。
二、螺栓断裂原因分析1.质量问题：螺栓断裂可能是由于螺栓本身存在质量问题所致，如材料强度不符合标准、制造工艺不良等。
为此，应关注螺栓的采购渠道和制造工艺，并严格按照相关标准进行选择和检测。
3.腐蚀问题：腐蚀是导致螺栓断裂的常见原因之一、在潮湿、酸性或碱性环境中，螺栓易受到腐蚀，使其材料的强度降低。
因此，在腐蚀环境中应选择抗腐蚀性能良好的螺栓材料，并进行定期维护保养。
4.紧固力不均匀：不正确的紧固力分布可能导致螺栓在负载过程中承受不均匀的力，从而引发断裂。
在安装过程中，应根据设备或结构的要求，采用正确的紧固力分布方案，并进行定期检查和调整。
三、螺栓断裂的解决方案1.优化选材：根据设备或结构的负荷、工作环境等要求，选择合适的螺栓材料。
关注材料的强度、韧性、抗腐蚀性等指标，并遵循标准进行选材。
2.合理设计螺栓连接：根据实际负荷情况和工作要求，合理选用螺栓的规格、数量和布置方式，并确保紧固力的均匀分布。
在设计过程中，可以借助有限元分析等工具来验证螺栓连接的安全性。
3.定期检查和维护：对于暴露在恶劣环境中的螺栓，应定期进行检查和维护，特别是针对腐蚀环境。
清洁螺栓表面，涂覆抗腐蚀涂层，必要时更换受损螺栓，以延长其使用寿命。
4.强化管理和培训：通过建立规范的螺栓管理制度和培训机制，提高操作人员的专业水平，加强螺栓使用和维护的知识宣传，以减少螺栓断裂的发生。
四、结论螺栓断裂是机械设备和结构工程中常见的问题，但可以通过合理选材、优化设计、定期维护和加强管理来减少其发生。
对于已经断裂的螺栓，应及时进行更换，并对其断裂原因进行调查分析，以避免类似问题再次发生。
通过以上措施的综合应用，能够提高螺栓连接的安全性和可靠性，保证设备和结构的正常运行。
45K冷镦钢冷镦成型开裂原因分析
45K冷镦钢冷镦成型开裂原因分析
王银国;廖美华;何健楠
【期刊名称】《南方金属》
【年(卷),期】2022()3
【摘要】45K冷镦钢在冷镦成型时部分螺钉头部发生开裂。
鉴此,对冷镦开裂螺钉试样及拉拔钢丝分别进行化学成分、金相组织、电镜能谱(EDS)等理化性能分析。
结果表明:材料近表面存在皮下气泡是冷镦成型开裂的主要原因。
【总页数】5页(P25-28)
【作者】王银国;廖美华;何健楠
【作者单位】宝武杰富意特殊钢有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.1
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冷镦钢开裂成因分析及质量改进
冷镦钢开裂成因分析及质量改进冷镦钢开裂是指在冷镦加工过程中，钢材出现裂纹现象，这种现象严重影响了产品的使用性能和质量，也给生产制造过程带来了一定的损失。
深入分析冷镦钢开裂的成因并进行质量改进非常重要。
一、冷镦钢开裂的成因分析1.原材料质量不合格冷镦钢的原材料主要是钢坯，如果钢坯的质量不合格，如夹杂物含量过高、组织不均匀等，都会导致冷镦钢在加工过程中容易产生开裂现象。
2.冷加工参数设置不合理冷镦是一种冷加工工艺，如果冷加工参数设置不合理，如温度、速度、力度等方面没有精确控制，就会导致钢材变形过大、应力过大，从而引起开裂。
3.模具磨损严重冷镦加工需要使用模具，如果模具磨损严重，就会导致钢材在加工过程中受到不均匀的力度作用，从而导致开裂。
4.加工环境不合理如果冷镦加工的环境温度、湿度等因素不合理，就会导致钢材在加工过程中受到外部环境的影响，从而引起开裂。
二、冷镦钢开裂的质量改进1.严格控制原材料质量从源头上保证原材料的质量，选择质量合格的钢坯，并严格对其进行质量检测，确保原材料质量的稳定性。
3.加强模具维护及时对冷镦加工所使用的模具进行检查和保养，发现磨损严重的模具及时更换，确保模具的使用状态良好，减少对钢材的不良影响。
4.改善加工环境优化冷镦加工的环境，控制好温湿度等因素，营造一个适合冷镦加工的环境条件，减少外部环境对钢材的影响，降低开裂的风险。
5.加强质量控制在冷镦加工过程中，加强对产品质量的检测和控制，对一旦发现开裂等质量问题，及时进行处理和改进，确保产品质量符合要求。
冷镦钢开裂是一个需要认真对待并加以解决的问题，只有深入分析其成因，并从原材料质量、加工参数、模具维护、加工环境和质量控制等方面进行全面改进，才能有效预防和减少冷镦钢的开裂现象，提高产品质量和生产效率。
螺钉组装过程断裂原因分析
12.9级螺丝在装配过程中断裂原因实例：12.9级的美制内六角圆柱头螺丝，在装配过程中，出现断裂现象。
客户在装配12.9级内六角螺丝过程中，发现螺丝从颈部断裂了。
客户在装配12.9级的美制内六角圆柱头螺丝的过程中，是从颈部断裂，进而对这款高强度螺丝出现断裂现象进行原因分析，有如下可能性：1、设备问题，这款螺丝是用单模机打出来的而不是用多工位打出来的，单模设备在冲孔时可能应力太集中；2、内六角槽偏深，底部变薄，容易断裂；3、氢脆问题。
为此，工程师用库存件依照标准做了两个破坏扭力实验，一个是正常使用状况下的扭矩，一个是模拟客户的根部断裂面。
工程师发现，实验中的两颗螺丝都是符合标准的，也没有从颈部断裂现象，断裂的原因不明。
为此业务与客户商议技检部工程师要进行现场使用核查。
同时采购部积极支持技检部提出的启动供应商管理。
在对电镀商进行突击抽查中发现，电镀商缺乏基本的去氢知识，不管各种材质、电镀要求、电镀件的硬度、电镀件的级别，统统都是一个温度、一个时间档次进行所谓的去氢，并且工人在装载电镀件进入去氢炉时的放置极不规范，基本上都是将电镀件倒在托盘上，这些去氢件是在堆垛状态进行处理，结果一定是不完全。
技检部工程师当场提出要按照规范进行合理的去氢工艺，此时电镀商的技术负责人认识到发生氢脆后果的严重性后，明确表示今后一定按照客户的规定及正确的去氢工艺进行作业。
通过做了两个破坏扭力实验，螺丝都没有从颈部断裂。
客户装配产品出口的货船期已经确定，急需供货商补货，供货商业务部为慎重起见，前去亲自送货，技检部工程师同时也随车拜访了客户的技术及质量负责人，也到生产现场了解的发生螺钉断裂的原因，并查看了客户生产SOP。
客户积极配合将断裂的螺钉给我们进行分析，工程师发现这断裂的位置都是在根部，是教科书上指明的典型氢脆位置，这证明了问题的原因是电镀商进行去氢不彻底。
客户询问这款螺栓已经供货几年未发生断裂，怎么这次发生了的断裂？因我们已经做了详细的准备工作及看到了现场的装配情况，我们明确答复主要原因是氢脆，次要原因是客户没有合理的平整装配工艺。
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（3）扫描电镜检测 采用 SIGMA 300扫描电子显微镜，对 螺栓失效件断口进行检测。六 角凸缘端断口为圆锥形凸起，螺 杆端断口为圆锥形凹坑。对六角 突缘端圆锥凸起断口进行检测， 图2a所示左侧为六角突缘端断口 的螺牙齿顶外缘，右侧为断口中 心凸起圆锥面。距螺杆螺牙底槽 部位存在周向开裂的裂纹，裂纹 呈多条平行条纹，表明材料表 面强度极低。图2a中红框区域的 倍率经放大，螺牙底槽裂纹显示 多源台阶的应力开裂特征。该处 存在应力集中现象，而且材料表 面强度低，因而存在多条多源台
（%）
45K钢 标准值 实测值 评价
C 0.42～0.48
0.478 符合
Si 0.10～0.35
0.159 符合
Mn 0.60～0.90
0.703 符合
P ≤0.030 0.019
符合
S ≤0.035 0.009
符合
表2 失效件样品表面硬度测试结果
（HRC）
检测点 实测值 规范值
1 25.68
2 25.22
14 2018年 第10期
热加工
螺栓断裂件上截取试样，采用 ARL8860火花放电直读光谱仪进 行化学成分检测。依据标准JIS
螺母锁紧位置
（a）螺栓装配图
六角凸缘部位裂部位
螺杆端
（c）螺栓断裂件 图1 螺栓成品及断裂件
G3507－1－2010《冷镦用碳素钢 第1部分：盘条》进行判定，化学 成分符合规范要求（见表1）。
F racture Failure
断裂失效
阶裂纹源的开裂特征形貌（见图 2b），由此推断螺牙底槽部位属 于断口的断裂起始区。
断裂起始区断口呈现细小等 轴韧窝特征形貌（见图3a），表 明材料基体组织韧性较好。靠近 圆锥形凸起尖端的断裂终断区， 断口仍以细小等轴韧窝为主，同 时存在较多量撕裂棱及变形韧窝 （见图3b），该处为断口终断区 快速扩展特征。
表面折叠裂纹
（a）100× 表面折叠裂纹
（b）100× 表面折叠裂纹
（c）500×
图4 螺牙表面裂纹
（d）500×
热加工
15 2018年 第10期
F racture Failure
断裂失效
后期搓丝加工过程使折叠裂纹进 一步挤压成细长的裂纹。
螺牙侧面发现开口较大的表 面折叠裂纹，裂纹间隙两侧的表 面脱碳现象更为明显。在表面折 叠裂纹的周围呈现变形的纤维状 组织，表明搓丝加工之前螺栓表 面已存在较大的凹坑，在搓丝过 程中经挤压变形而形成折叠裂纹 （见图7a）。在表面折叠裂纹的 开口处存在两处圆弧状的凹坑， 这是表面腐蚀的特征形貌，表明 在镀锌处理之前，螺栓零件经过 酸洗处理，由于酸洗处理时间较 长，已经在表面形成较深的腐蚀 凹坑（见图7b）。
螺栓断口
断口圆锥面
3
4
25.42
25.47
22～32
多台阶开裂
5 25.71
断口圆锥面
螺牙外缘
平行条纹
（a）低倍形貌（120×）
断裂起始区 （b）高倍形貌（5000×）
撕裂棱
图2 螺牙底槽形貌
韧窝断口 （a）起始区形貌（5000×）
图3 螺栓断口形貌
表面折叠裂纹
韧窝断口 （b）终断区形貌（5000×）
F racture Failure
断裂失效
45K冷镦钢螺栓装配过程断裂 失效分析
■ 周斌，金林奎，黄持伟，杨宇飞
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摘要：通过对45K冷镦钢六角凸缘螺栓断裂失效件的化学成分、表面硬度、断口形貌及显微组织进行检测和分析。结果表 明，六角凸缘螺栓断裂的主要原因是零件存在较严重的表面脱碳层，显著降低材料表面强度。螺栓装配过程中形成拉应 力，在应力集中最大的螺牙底槽产生多条平行裂纹。开裂首先形成于螺牙底槽部位，然后向螺栓杆部中心及纵向继续扩展 至最终断裂。 关键词：多源台阶；表面脱碳层；折叠裂纹；撕裂凹坑；腐蚀凹坑。
（4）金相检测分析 采用 Axio Observer 7m金相显微镜， 对螺栓断裂件基体组织进行金相 检测。试样未经腐蚀剂浸蚀时， 螺牙侧面明显可见不同形态的表 面裂纹，表面裂纹的纵深度及垂 直深度大多在60～160μm。无 论是弯曲裂纹还是分叉裂纹，裂 纹的尾部都呈圆钝状（见图4a～ 4d），显示挤压变形的折叠裂纹 特征形貌。
经腐蚀剂浸蚀后检测，有些 螺牙侧面及底槽都存在表面折叠 裂纹，同时螺牙表层呈现亮黄色 （见图6a、6b），螺牙表层组织 存在差异。图片经放大，表面折 叠裂纹缝隙两侧存在明显的脱碳 层（见图6c、6d）。螺栓在冷镦 过程中产生折叠裂纹，在调质处 理的加热过程中发生氧化脱碳，
表1 失效件样品化学成分测试结果 (质量分数)
金相显微镜检测，螺杆上 几乎每个螺牙侧面都存在表面 折叠裂纹。螺牙底部凹槽由圆角 过渡，但过渡圆角的R半径较小 （见图5a）。经测量，螺牙底槽 R角半径为0.18mm，螺牙底槽R 角半径越小，对应的应力集中越 大。图示螺牙表层覆盖一层亮灰 色的镀锌层，经测量该处镀锌层 厚度为9.62μm（见图5b）。
45K冷镦钢常用于冷镦加工 制造紧固件、连接件，如螺栓、 螺母等。本文对六角凸缘螺栓断 裂失效件的化学成分、表面硬 度、断口形貌及显微组织进行理 化检测，分析和推断螺栓失效件 断裂的原因以及断裂形成机理。
1.宏观检查 该螺栓失效件材料采用45K 冷镦钢加工制造，螺栓型号为 M8×40mm。加工工艺流程为冷 镦→调质→搓丝→酸洗→镀锌。 该六角凸缘螺栓在装配过程中发 生断裂，断裂部位位于螺杆中部 的螺母锁紧位置（见图1a）。六 角凸缘螺栓零件由六角凸缘和螺 杆构成（见图1b），该螺栓断裂 失效件为客户提供，断裂件六角 凸缘端已被截取，断裂件螺杆端 也已剖开为两半，且两截断裂件 外观色泽偏差较大，右侧断裂件 的剖面是线切割加工形成的（见 图1c）。 2.结果与讨论 （1）化学成分分析 从该
在螺牙底槽部位存在锲形 撕裂凹坑，螺牙底槽附近的基 体呈现严重变形的纤维状组织。 由于搓丝加工产生的拉应力已经 大于材料的抗拉强度，因而造成 螺牙底槽表面的撕裂凹坑（见图 8a）。经测量，搓丝挤压加工的 变形层深度达120μm。在螺牙 底槽存在较多量的圆弧状腐蚀凹 坑（见图8b），表明螺栓在酸 洗处理过程中，酸洗处理时间过 长。