Page 75 - 理化检验-物理分册2024年第四期

庄翠芬, 等: 304不锈钢扁圆头方颈螺栓断裂原因

图4 螺栓头部纵截面微观形貌
集部位( 变形最大区域)。
断裂起始区的微观形貌如图5所示。由图5可 图7 螺栓试样头部金属流线
知: 断裂起始区无明显的夹杂物、 疏松等冶金缺陷。 颈螺栓试样进行室温轴向强度测试, 获得抗拉强度、
屈服强度等指标, 结果如表2所示。断裂位置并未
发生在头杆与方颈结合处, 且断口存在明显的塑性
变形, 断面与轴向呈 45° 角, 判断为正常的塑性断
裂。由表2可知: 扁圆头方颈螺栓材料的抗拉强度
符合 GB / T3098.6 — 2023 《 紧固件机械性能 不锈钢

螺栓、 螺钉和螺柱》 标准要求。
表2 螺栓试样的室温轴向强度测试结果 MPa
项目 屈服强度 抗拉强度
图5 螺栓断裂起始区微观形貌
实测值 546~561 780~789
螺栓断口非金属夹杂物微观形貌如图6所示,
标准值 450 700

根据 GB / T10561 — 2005 《 钢中非金属夹杂物含量
的测定 标准评级图显微检验法》 规定, 判定该非金

属夹杂物为 D 类细系0.5级, 符合标准要求。 2 综合分析
综上所述, 断裂螺栓试样的显微组织、 非金属夹
杂物、 头部金属流线、 冶金缺陷和化学成分均无异常。
同批次螺栓试样的金属流线检测、 裂纹检测结果均正
常, 抗拉强度、 断裂位置均符合相应标准要求。
扁圆头方颈螺栓断裂位置为头部与方颈的连接
处, 断口附近无明显塑性变形。断口平坦洁净, 可见
明显的放射状条纹, 条纹收敛于断口内部, 说明断裂
起始于头部的心部位置 [ 5 ] 。断口呈大面积的解理断
图6 螺栓断口非金属夹杂物微观形貌
裂特征, 结合螺栓断裂是发生在再次锁紧的工况下,
1.5 金属流线检测 因此判定断裂扁圆头方颈螺栓的断裂性质为脆性过
对同批次扁圆头方颈螺栓试样头部进行金属流 载断裂。
线检测, 螺栓试样头部金属流线如图7所示。由图 一般情况下, 奥氏体不锈钢发生过载断裂时应
7可知: 同批次扁圆头方颈螺栓试样的金属流线相 呈现韧性断裂特征, 即断口微观形貌以韧窝形状为
对于中心线基本对称, 流线清晰且连续完整, 无不均 主 [ 6-7 ] 。因此, 判断螺栓断裂形式属于非正常断裂,
匀和紊流的现象 [ 4 ] 。 其原因与头部断裂起始区存在应力集中有关。虽然
1.6 着色渗透检测 在同批次螺栓试样中未发现内部金属流线问题, 但
采用着色渗透检测法对同批次扁圆头方颈螺栓 根据文献[ 4 ] 推断, 失效螺栓试样的应力集中主要由
试样进行裂纹检测, 结果表明: 螺栓头部与方颈结合 头部断裂起始区的金属流线紊乱引起。
处不存在裂纹缺陷, 排除了金属原始裂纹导致螺栓
断裂的原因。 3 结论与建议
1.7 力学性能测试 ( 1 )螺栓断裂性质为脆性过载断裂。

采用材料拉伸试验机对同批次的完好扁圆头方 ( 下转第64页)
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