特種鋼螺栓使用斷裂失效分析
B7M等級螺栓,規格為1″-8×160mm，42CrMo鋼制作，表面處理為銀白色電鍍鋅，螺栓在使用過程中發生斷裂。
16.8.1 試驗過程與結果
斷裂件宏觀檢查，螺栓斷裂位置在螺紋處，斷裂處有明顯的塑性變形，見圖1
斷裂件斷口已鏽蝕，斷面平坦，斷口附近無明顯塑性變形，但仍可分辨鏽蝕之前斷口顔色呈灰色，有明顯的撕裂脊，呈放射狀花樣，放射線從中心向四周發射，見圖2
（1） 掃描電鏡觀察
（2） 對斷口采用掃描電鏡觀察： 整個斷口基本上以解理為主，還有少量韌窩，微觀形貌見圖3-左
（2）低倍缺陷檢查
對螺栓橫截面試樣進行酸浸試驗，發現螺栓存在中心疏松，見圖4-左
對螺栓縱截面試樣進行酸浸試驗，部分金相試樣在螺紋處的内部至少有2個垂直軸線的橫向裂紋，見圖4-右。
打開橫向裂紋，發現其橫向裂紋的面積已基本占據了整個橫截面，其形态與（圖2所示）斷裂件斷口十分相似。
（3） 金相檢查
分别取螺栓縱截面和橫截面制成金相試樣，進行顯微組織檢查，組織中存在嚴重偏析，緻使顯微組織不均勻，見圖5-左。
對螺栓螺紋根部附近的組織進行了觀察，未發現脫碳現象，見圖5-右。
螺栓顯微組織為回火索氏體組織，見圖6-左
組織中含有較嚴重的夾雜物，依照《GB/T 10561-2005》标準，氧化物類夾雜物級别為粗系2.5級，其形态分布見圖6-右。
（4）硬度檢驗與材質分析
分别在螺栓的近表面、1/2半徑處、中心等處進行硬度檢測，檢測結果：
近表面硬度為323～330 HV0.3；1/2半徑處硬度為233～350 HV0.、中心處硬度為249～255 HV0.. 硬度檢測結果顯示螺栓的硬度值均勻性很差
用直讀光譜法對斷口附近的材料進行化學成分分析，分析結果，材料的化學成分符合《GB/T 3077-1999》标準42CrMo鋼的要求。
16.8.3分析與讨論
從斷口的宏觀形态上可以看出，裂紋面較平坦，呈灰色，有明顯的呈放射花樣的撕裂脊，放射線是從中心向四周放射的。裂紋斷口的微觀形态也是以解理形貌為主，還有少量韌窩形貌。内裂紋斷口與斷裂件斷口的宏觀、微觀相同，擴充後螺栓斷裂，其内裂紋斷口與斷裂件斷口相同，說明先有了内裂紋，内裂紋擴充最後斷裂。
螺栓材料的化學成分符合42CrMo鋼的标準成分。螺栓的硬度值均勻性很差。金相組織存在偏析；心部存在中心疏松；還有多的夾雜物，使材料的内在品質降低，不僅降低了材料的韌性和塑性，造成螺栓内部硬度不均勻，是以，施加載荷後首先在心部在中心疏松的地方産生裂紋，而後形成橫向内裂紋。螺栓安裝後，在安裝應力作用下橫向内裂紋不斷擴充，螺栓最後斷裂。螺栓斷裂後沒有及時發現，斷口遭氧化鏽蝕。
螺栓材質不良，組織偏析，存在較多的夾雜物，其心部又存在原材料中心疏松，造成熱處理後硬度不均，螺栓在安裝應力作用下，裂紋先在中心形成，然後向外擴充，産生橫向内裂紋，在使用中橫向内裂紋不斷擴充，螺栓失穩脆性斷裂。
螺栓擰緊螺母後，在螺杆上産生的軸向拉力分布是不均勻的，軸向力在旋合各圈螺紋牙間的分布呈雙曲餘弦函數關系，第一圈螺紋牙承受的軸向力最大，然後依次減小，産生的橫向内裂紋大小不一緻，在使用中較大的橫向内裂紋擴充，螺栓失穩脆性斷裂。
16.8.3 結論與啟示
（1）由于螺栓材質不良、組織偏析、存在夾雜物、中心疏松，造成熱處理後硬度不均，使螺栓在安裝應力作用下産生橫向内裂紋，橫向内裂紋在使用中不斷擴充，最後失穩斷裂。
（2） 加強緊固件原材料的入廠檢查和投料檢查，不合格的原材料不投産。
