42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼螺栓斷裂失效分析
情況介紹
某地鐵車輛用高強(qiáng)度六角頭螺栓（以下簡稱：螺栓）在裝車服役后剛剛抵達(dá)目的地就發(fā)生斷裂。螺栓材料為42CrMo，規(guī)格為Φ36X150，性能等級為10.9級。主要加工流程：下料→墩頭→機(jī)加工→淬回火→滾螺紋→涂裝→出廠。現(xiàn)將分析結(jié)果介紹如下：
理化分析
化學(xué)成分分析
在螺栓斷裂位置附近取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1 ：
結(jié)果表明：螺栓的化學(xué)成分符合GB/T3077-2015 《合金結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中42CrMo鋼的技術(shù)要求。
硬度測試
對螺栓依據(jù)GB/T230.1-2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洛氏硬度試驗(yàn)（試驗(yàn)位置依據(jù)圖4所示），試驗(yàn)結(jié)果見表2：
結(jié)果表明：螺栓的硬度符合GB/T3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能 螺栓、螺釘和螺柱》標(biāo)準(zhǔn)中10.9性能等級螺栓的技術(shù)要求。
在參照圖4所示截面，對螺栓進(jìn)行微觀金相分析。螺栓金相組織為回火托氏體，組織較細(xì)，無過熱特征，見圖11。圖1箭頭1位置存在線狀金屬夾雜物的附集，破壞了金屬的連續(xù)性，并向螺栓心部延伸，見圖12至圖14。
圖11 300X螺栓金相組織 圖12 60X非金屬夾雜物附集
圖13 300X圖12放大 圖14 300X圖12裂紋根部放大
分析與討論
螺栓的化學(xué)成分為42CrMo（GB/T 3077-2015）， 螺栓硬度達(dá)到GB/T 3098.1-2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的10.9級螺栓硬度要求（HRC32-39），金相組織無異常，螺栓最終熱處理工藝正常。螺栓的斷裂形式屬于應(yīng)力過載撕裂，始斷區(qū)域存在原始裂紋（線狀非金屬夾雜物附集）， 螺栓在服役過程中，在螺帽與螺桿過渡區(qū)域原始裂紋處發(fā)生應(yīng)力集中，螺栓承載條件發(fā)生變化，受載荷作用裂紋橫向擴(kuò)展，當(dāng)螺栓承載能力小于受載載荷時，發(fā)生瞬間斷裂。
結(jié)論與建議
螺栓斷裂與存在原材料夾雜有關(guān)，建議進(jìn)行加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制，以提高材料純凈度。
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