紧固件断裂失效类型及原因分析

紧固件失效的7种形式和对应原因，附常见紧固件的种类和用途紧固件是作紧固连接用且应用极为广泛的一类机械零件。

本文分享部分常见紧固件的种类、用途，以及常见失效形式和对应原因。

1、螺纹紧固件的种类和用途常用的螺纹紧固件有螺栓、螺柱、螺母和垫圈。

（了解更多紧固件请点击《图解螺栓、螺柱、销、铆钉等12类紧固件，及选型建议》）螺栓、螺柱和螺钉都是在圆柱表面上制出螺纹，起到连接其他零件的作用。

螺栓一般用于被连接件钻成通孔的情况。

螺柱用于被连接零件之一较厚或不允许钻成通孔的情况。

螺钉用于不经常拆卸和受力较小的连接中，按用途可分为连接螺钉和紧定螺钉。

螺母是和螺栓、螺柱等一起进行连接的。

垫圈一般放在螺母下面，可避免旋紧螺母时损伤被连接零件。

弹簧垫圈可防止螺母松动脱落。

2、螺纹紧固件失效形式及原因分析1）装配拧拉断裂拧拉断裂特征为断裂部位明显缩颈伸长。

常见原因主要是联接面摩擦系数过小；拧紧或预紧时施加的扭矩过大、施加扭矩时套筒与螺纹不同轴、施加扭矩时速度过快；零件本身的性能强度不够以及紧固面与螺纹中心线垂直度超差。

2）螺纹受剪切力拧断受剪切力拧断的断口部位一般有螺旋状，无明显缩颈，造成螺纹受剪切力拧断的常见原因是螺纹在拧紧过程中被卡死，例如：螺纹变形、相互联接的牙型不一致、螺纹有焊渣灯情况；螺栓拧进的断面被顶住，如螺母为盲孔的有效螺纹深度不够。

3）应力集中部位使用后断裂应力集中部位使用后断裂常见表现在螺栓头部及头部与螺纹杆过度的直角部位，主要原因为头部与螺纹杆过度的直角部位圆角过小；螺栓冷镦成型时在头部的塑性流线存在缺陷。

被连接面与螺栓垂直度超差。

4）疲劳断裂在螺栓连接后使用的过程中主要的断裂为疲劳断裂，常见原因有：预紧力不足；夹紧力衰减过大；螺栓尺寸、性能不合格；零件之间的相互配合、装配环境、使用工况不能满足设计要求。

5）延时断裂延时断裂常见原因为氢脆，氢脆是在生产过程（如电镀、焊接）中进入钢材内部的微量氢，在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。

紧固件典型失效形式及案例解析过载断裂紧固件的过载失效是指外力超过其承载极限而发生的失效，主要包括韧性过载、脆性过载和“脱扣” 等。

紧固件过载失效的分类过载断裂三要素：纤维区、放射区和剪切唇区过载断裂三要素：纤维区、放射区和剪切唇区•在螺纹牙底过载断裂与缺口圆形拉伸试样类似•在头部和杆部过渡处或光杆部分过载断裂与光滑圆形拉伸试样类似•利用断口三要素判断紧固件断裂失效裂纹源、断裂过程和最后断裂位置韧性过载断裂宏观特征•断裂处出现杯锥状断口，存在肉眼可见的塑性变形痕迹•在螺纹牙底发生的韧性过载断裂，一般只有塑性很好的材料才会出现杯锥状断口•与轴线约呈45°切断断口也是一种紧固件韧性过载断裂特征•断口表面较粗糙、色泽灰暗、呈纤维状或鹅毛绒状•从紧固件表面一侧起源向另一侧扩展的过载断裂断口上，源区存在由表面起始的扩展棱线，最后断裂区一般有剪切唇•由表面周向起源，最终断裂区位于紧固件心部的过载断裂断口上，可见由周向边缘起始的扩展棱线，断口心部为纤维区韧性过载断裂宏观特征的应用•影响紧固件韧性过载断裂宏观特征的主要因素：受力状态和材料的塑性•通过断裂外观形态、宏观塑性变形方式、纤维的形态等对紧固件受力状态进行初步的判断例：拉伸应力导致的断裂：断口往往呈杯锥状或呈与应力轴45°的斜断口韧性过载断裂宏观特征的应用例：冲击应力或弯矩作用时：断口宏观特征上也可见放射棱线和剪切唇，但剪切唇在紧固件圆周上不完整例：扭转拉伸应力作用下断口呈现明显的“漩涡状”扭转痕迹韧性过载断裂微观特征•韧窝是紧固件韧性断裂的主要微观特征，但并非充要判据•判断紧固件是韧性断裂还是脆性断裂更为关键的在于紧固件断裂前是否发生可察觉的塑性变形紧固件韧性过载原因案例解析案例解析某螺栓在安装过程发生异常断裂失效存在“月牙形”高温氧化色原始断面根据扭矩、轴力、扭矩系数之间的关系抗拉强度扭矩系数K编号断裂扭矩NmMPa1-1 431.9 1222 0.0722-1 510 1240 0.084从图表中数据可以看出，螺纹和垫片未润滑和润滑后吹干扭矩系数和摩擦系数变化较小，而润滑后对扭矩系数和摩擦系数有显著的影响，从1#模拟安装情况可以看出，扭矩未达到530Nm前，就出现屈服现象。

紧固件螺栓断裂的原因有多种多样,归纳来说,一般螺栓的损坏由应力因数、疲劳、腐蚀和氢脆等原因形成。

1、应力因数超过常规应力(超应力)由剪切、拉伸、弯曲和压缩中的任一个或其组合而产生。

大多数设计人员首先考虑的是拉伸负荷、预紧力和附加实用载荷的组合。

预紧力基本是内部的和静态的,它使接合组件受压。

实用载荷是外部的,--般是施加在紧固件上的循环(往复)力。

拉伸负荷试图将接合组件抗开。

当这些负荷超过螺栓的屈服极限时,螺栓从弹性变形变为塑性区,导致螺栓永久变形,因此在外部负荷除去时不能再恢复原先的状态。

类似原因,如果螺栓上的外负荷超过其极限抗拉强度,螺栓将断裂。

螺栓拧紧是靠预紧力扭转得来的。

在安装时,过量的扭矩导致超扭矩,同时也使紧固件受到了超应力而降低了紧固件的轴向抗拉强度,即在连续扭转的螺栓与直接受张力拉伸的相同螺栓相比,屈服值比较低。

这样,螺栓有可能在不到相应标准的最小抗拉强度时就出现屈服。

扭转力矩大可以使螺栓预紧力增大.使接合松弛相应减少。

为了增加锁紧力,预紧力一般采取上限。

这样,除非屈服强度和极限抗拉强度之间差异数目很小,一般螺栓不会因扭转而出现屈服现象。

剪切负荷对螺栓纵轴方向施加一个垂直的力。

剪切应力分为单剪应力和双剪应力。

从经验数据来讲,极限单剪应力大约是极限抗拉应力的65%。

许多设计人员优选剪切负荷,因为它利用了螺栓的抗拉和抗剪强度,它主要起类似销钉的作用,使受剪切的紧固件形成相对简单的联接.缺点是剪切联接使用范围小而且剪切联接不能经常使用,因其要求更多的材料和空间。

我们]知道,材料的组成成分和精度也起一定的决定性。

但是,将抗拉应力转换成剪切负荷的材料数据往往却是得不到的。

紧固件预紧力影响剪切联接的整体性。

预紧力越低,在与螺栓接触时接合层越易滑动。

剪切负荷能力通过乘以橫平面数计算(一个剪切平面通称单剪,两个剪切平面通称双剪),这些平面应该是无螺纹螺栓的横截面。

我们不提倡设计通过螺纹的剪切,因为紧固件的剪切强度可在横截面变化时被应力集中克服。

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）。

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。

轴承紧固件行业中常见故障原因及预防措施分析轴承紧固件是指用于连接轴承和机座的各种螺栓、螺母、销子、垫片等零部件。

在轴承紧固件行业中，常见的故障原因主要包括紧固件材质问题、紧固件装配问题、紧固件松动及滑脱等。

针对这些常见故障，本文将进行分析，并提出防范措施。

首先，紧固件材质问题是导致轴承紧固件故障的主要因素之一。

例如，如果使用的螺栓材料强度低于设计要求，会导致螺栓断裂。

此外，螺母材质疲劳强度不足也会造成紧固件的松动。

为了预防这些故障，首先应选择材质符合要求的紧固件。

在使用螺栓时，应确保强度符合设计要求，并严格按照材料的使用寿命来进行定期更换。

此外，在选择螺母时，应注意其强度和疲劳强度是否满足要求。

其次，紧固件装配问题也是导致轴承紧固件故障的一个重要原因。

轴承紧固件的装配质量直接影响着机器的性能和寿命。

装配不当会使轴承紧固件出现松动、错位、损坏等问题，进而导致机器噪音、振动和过早的失效等故障。

为了预防这些故障，首先应确保紧固件的装配工艺规范、严密。

在安装螺栓时，应按照技术要求确定紧固力；在安装螺母时，应确保螺母旋紧到规定扭矩，并对紧固件进行定位、标识，防止装配不当造成的失效。

另外，紧固件本身的松动也是常见的故障。

在运行过程中，螺栓螺母由于振动等外界作用力造成松动，导致紧固件与轴承之间的连接关系变弱，进而引发故障。

为了预防紧固件松动的故障，可以采取以下措施：首先，应选择合适的安装工艺和方法，例如使用带垫片的紧固件，应使用合适的垫片，并根据实际需求确定其数量和位置；其次，在装配时，应定期检查和紧固紧固件，确保其紧固力恒定；此外，还可以采用防松设备，例如使用弹簧垫圈、锁紧螺母等，增加紧固件的粘滞力。

此外，轴承紧固件的滑脱也是常见的故障现象。

滑脱是指螺栓或螺母在运行过程中由于振动或加载时产生的外力而使紧固件的连接失效。

滑脱会导致轴承紧固件松动，甚至造成机器失效。

为了预防轴承紧固件的滑脱故障，首先应合理设计紧固件的连接结构，并根据实际需求选择合适的紧固件。

断裂失效的分类
断裂失效的分类主要包括：
1. 疲劳断裂：由交变载荷引起的断裂。

2. 应力腐蚀断裂：在拉应力及腐蚀介质的共同作用下发生的断裂。

3. 蠕变断裂：在长期恒温、恒应力的作用下，材料塑性流动导致的断裂。

4. 应力松弛破坏：螺栓、紧固件等连接部位的物体，由于应力松驰造成的断裂。

5. 磨蚀断裂：磨蚀和断裂同时作用造成的断裂。

6. 氢脆断裂：由于氢进入材料内部，造成晶体缺陷，使强度降低从而导致断裂。

7. 温度梯度断裂：温度突变引起的外力过大造成的断裂。

以上是断裂失效的一些主要分类，每一种都由不同的原因导致，需要具体分析。

M56螺栓断裂失效原因分析■ 李玲，孟庆宇，刘旭科，程良我公司生产的用于回转部上上框架外侧弧形框连接法兰最外侧上部的两件M56×210螺栓发生断裂。

螺栓规格为M56，所用材料为40Cr ，设计要求硬度为28～32HRC ，表面镀锌，镀层厚度设计要求为7～12μm 。

两件断裂螺栓宏观形貌如图1所示，断裂位置均位于螺纹段，1#螺栓断裂位置距端头约50m m （装配面附近），2#螺栓断裂位置距端头约70m m ，断裂位置未见机械损伤及明显塑性变形痕迹，断口及螺栓表面存在明显的腐蚀痕迹。

螺栓紧固件是机械设备上不可缺摘要：两件M56×210螺栓发生断裂，通过扫描电镜、能谱成分、金相及硬度检验对断口进行分析，表明两件螺栓的断裂模式均为脆性延迟断裂，机理为氢脆及应力腐蚀。

发生断裂的原因应与热处理工艺控制不当导致材料硬度过高，具有较高的氢脆敏感性有关。

关键词：螺栓；断裂；氢脆；应力腐蚀；硬度扫码了解更多少的通用零部件，用量大，使用范围广，对其断裂失效原因进行分析是十分必要的。

1. 检验与结果（1）宏观分析 体视显微镜下观察两螺栓断口，宏观形貌相似，断口凹凸不平，断面粗糙，存在明显的腐蚀痕迹，其中2#断口腐蚀程度更严重；源区位于螺纹根部表面，为线源起裂，扩展区呈放射状，如图2所示。

（2）断口扫描电镜分析 采用扫描电镜对两个螺栓断口进行微观形貌观察，1#断口和2#断口源区及其附近扩展区均呈沿晶+腐蚀形貌，沿晶区域最大深度约5mm ，可见较多沿晶二次裂纹，晶面可见微孔及“鸡爪纹”，部分晶面可见腐蚀痕迹，如图3、图4所示。

（3）能谱成分分析 对断面进行能谱分析，未腐蚀晶面含有图1 断裂螺栓宏观形貌1#2#（a ）1#断裂面 （b ）2#断裂面 （c ）1#断口宏观形貌 （d ）2#断口宏观形貌图 2（a）1#断口形貌（b）1#断裂口微孔及“鸡爪纹”（c）2#断口形貌（d）2#断裂口微孔及“鸡爪纹”图3 源区沿晶形貌（a）1# （b）2#图4 源区晶面腐蚀形貌（a）未腐蚀晶面（b）腐蚀晶面图5 断面能谱分析表1 原材料40Cr成分复验情况汇总（a）（b）图6 断口表面腐蚀及沿晶分叉裂纹形貌（a）（b）（c）图7 显微组织形貌（a）（b）图8 表面镀层形貌扫码了解更多的主动轴，在使用过程中，出现批量断裂事故。

紧固螺栓断裂分析摘要：通过螺栓断口宏微观形貌检测、电镜检测、金相检测、机械性能分析、化学成分分析手段，综合分析紧固螺栓断裂性质，并分析断裂失效的原因，结果表明失效的原因可能有两点：一是酸洗过程氢进入金属内部导致氢脆；二是高温回火时导致材料出现高温回火脆性，其中发生氢脆的可能性较大。

关键词：螺栓；氢脆；合金结构钢；高温回火脆性1前言发蓝处理，是将钢在空气中加热或者直接浸泡在浓氧化性溶液中，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料保护技术。

发蓝处理在酸洗过程中，酸洗液中酸分解后会产生H-，H-成为吸附在钢铁表面的H原子,由于H原子具有最小的原子半径，容易在钢等金属中扩散,部分H原子越过金属表面，并扩散进入金属的晶格,在应力集中处或缺陷处富集,聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹被称为氢脆。

氢脆敏感性与材料强度密切相关,氢脆断裂的临界应力极限随着材料强度的升高而急剧下降。

这是因为金属晶体中位错、晶界、沉淀相等氢积聚点多,在酸洗、电镀过程中易于吸H,基体内应力较大。

一般认为,抗拉强度低于1 GPa的合金钢一般不发生氢脆。

合金结构钢在450～600℃之间出现的回火脆性称高温回火脆性。

出现这种回火脆性时，钢的冲击韧性降低，脆性转折温度升高，但抗拉强度和塑性并不改变，对许多物理性能也不产生影响。

引起高温回火脆性的杂质元素有P、S、B、Sn、Sb、As等。

但当钢中不含Ni、Cr、Mn、Si等合金元素时杂质元素的存在不会引起高温回火脆性。

但当杂质元素含量一定时，Ni、Cr、Mn、Si元素含量愈多，脆化就愈严重。

当两种以上元素同时存在时，脆化作用就更大。

高温回火脆性的脆化速度和脆化程度均与回火温度和回火时间密切相关。

温度一定时，随回火时间延长，脆化程度增大。

在550℃以下，回火温度愈低，脆化速度就愈慢，但能达到的脆化程度也愈大。

材质为18Cr2Ni4WA的内燃机车轴箱紧固螺栓，在机车运行过程中发生断裂，紧固螺栓的制造工艺流程为：备料-墩方头-正火+高温回火-抛丸-调质-车端面-车外圆与螺纹-钻孔-去毛刺、锐棱倒钝-探伤-发蓝处理。