1、測試背景
客戶懸掛連接螺栓（雙頭螺栓）見圖1，在裝配過程中用定值扭力扳手（70Nm）打扭力時(shí)，未達(dá)額定值即發(fā)生早期斷裂。根據(jù)客戶要求，對(duì)送檢斷裂螺栓進(jìn)行失效分析測試，以期找出螺栓斷裂原因。
圖1 斷裂懸掛連接螺栓樣品圖
2、樣品信息
螺栓材質(zhì)為45鋼，加工工藝為：原材裁切→冷鐓成型→機(jī)加工螺紋→熱處理（淬火+回火）→表面發(fā)黑處理。
3、測試流程、項(xiàng)目及設(shè)備信息
4、測試結(jié)果分析
4.1宏觀形貌觀察
斷裂位置為六角螺帽與鑄鋁支架側(cè)螺柱端連接處，螺柱端斷口呈筆尖狀，螺帽端斷口呈錐形凹坑；斷面整體呈灰黑色，裂紋起源于螺帽端芯部（A位置），沿中部（B位置）擴(kuò)展至螺帽與螺柱連接處表面（C位置）。
圖2 斷口宏觀形貌圖
4.2微觀形貌觀察及成分分析
裂紋源A位置可觀察到較多氣孔和一些小韌窩；擴(kuò)展區(qū)B位置可觀察到一些剪切韌窩；終斷區(qū)C位置存在一些磨損（因位置靠近邊緣，可能為斷裂后人為磨損），部分位置可觀察到細(xì)小的等軸韌窩，斷面整體為韌性斷裂。
圖3 斷口微觀形貌圖
4.3截面切片觀察
1.斷裂螺栓螺帽芯部（位置Ⅰ）、裂紋源處（位置Ⅱ）和螺柱端橫截面均可觀察到大小不一的氣孔缺陷（部分氣孔邊緣存在微裂紋），觀測面最大氣孔尺寸長達(dá)632μm。
2.螺帽端芯部（位置Ⅰ）組織為珠光體+沿晶界分布的鐵素體，強(qiáng)度較低；螺帽端表面（位置Ⅲ）組織為回火索氏體。
圖4 斷口截面切片+金相組織圖
4.4基材成分分析
懸掛連接螺栓材質(zhì)成分見表1，符合GB/T699-2015中45鋼成分規(guī)格。
表1 基材成分結(jié)果表（%，質(zhì)量百分比）
4.5材質(zhì)硬度分析
參照客戶所給硬度規(guī)格，螺帽端芯部硬度偏低，未達(dá)到客戶規(guī)格要求。
5、結(jié)論與建議
結(jié)論：
綜上所述：懸掛連接螺栓由于螺帽端芯部存在較大氣孔、氣孔邊緣存在微裂紋等缺陷，伴隨芯部組織不均勻、硬度偏低等異常；螺栓在預(yù)緊過程中承受軸向應(yīng)力，在芯部缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中，超過芯部材料強(qiáng)度極限，形成裂紋源，進(jìn)而向外擴(kuò)展發(fā)生斷裂。
建議：
1.加強(qiáng)懸掛連接螺栓的原材料品質(zhì)管控，對(duì)來料是否有缺陷進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，保證內(nèi)部質(zhì)量；
2.改善熱處理工藝（適當(dāng)延長淬火保溫時(shí)間），保證懸掛連接螺栓芯部和表面的組織及硬度的均勻性一致。
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