高强度螺栓断裂研究分析

大型起重机高强度螺栓的断裂失效分析摘要：本文通过对一台大型起重机高强度螺栓断裂失效的分析，探究其原因和解决方法。

初步分析结果表明，螺栓断裂的主要原因是材料强度不足、应力过大和使用环境恶劣等因素导致的。

针对这些问题，本文提出了一系列改进措施，包括选用高强度材料、降低应力和改善使用环境等方面。

通过实验验证和理论计算，改进后的螺栓具备更高的强度和耐用性，可以有效地提高装置的稳定性和安全性。

关键词：起重机；高强度螺栓；断裂失效；强度分析；改进措施正文：1. 背景介绍大型起重机是现代工业中不可或缺的设备之一。

在使用过程中，螺栓作为连接装置的重要组成部分，在保证装置的稳定性和安全性方面起着至关重要的作用。

然而，螺栓也是易受力集中的零部件，容易出现断裂失效的情况。

因此，对螺栓失效进行分析和解决具有重要的理论和实践意义。

2. 断裂失效分析2.1 断裂形态分析通过对失效螺栓的断口形态进行分析，可以初步了解其失效原因。

观察失效螺栓的断口，发现其呈现出典型的断裂韧突混合断口。

2.2 强度分析对失效螺栓的材料进行强度测试，发现其强度值低于设计要求。

在使用过程中，由于受到集中载荷的作用，应力过大导致螺栓逐渐疲劳并最终断裂。

2.3 环境分析失效螺栓所处的使用环境恶劣，存在高温、湿润等不利因素。

因此，失效的螺栓容易受到腐蚀和氧化等影响，导致其材料性能和强度下降。

3. 改进措施针对分析结果，本文提出了一系列改进措施：3.1 选用高强度材料为了提高螺栓的强度，可以选用高强度材料来替代原有的材料，例如S45C、SCM43等。

这样既可以提高螺栓的耐久性，也可以在承受大载荷时发挥更好的作用。

3.2 降低应力在设计过程中，应尽可能减小螺栓所承受的载荷和应力，从而减少螺栓的疲劳损伤和断裂的可能性。

可以通过优化结构、增加支撑和缓冲措施等方法实现此目的。

3.3 改善使用环境在实际使用中，应注意维护和保养，防止螺栓受到腐蚀和氧化的影响。

可以采用表面防护涂层、常规保养和定期更换等措施，延长螺栓的使用寿命。

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）。

故障维修·高强螺栓断裂成因分析doi:10.16648/ki.1005-2917.2019.04.113高强螺栓断裂成因分析房师光（新疆众和股份有限公司，新疆乌鲁木齐　830013）摘要：高强螺栓断裂是常见问题之一，可以采用多种方法分析螺栓断裂的原因，比如常见的宏观检验、化学成分分析、硬度测试、扫描电镜和能谱分析等。

通过采取正确的检验方式能够得出造成螺栓断裂的原因，其中冶金缺陷、热处理不当、应力过于集中、夹渣缺陷、不良调质热处理等都是常见的造成螺栓断裂的因素，为此，应当针对常见原因采取有效的措施进行预防。

关键词：高强螺栓；断裂；成因1. 理化检验1.1 宏观检验通过对断裂的高强螺栓端口进行宏观检查发现表面没有其他外力伤痕和裂纹，主要为锈蚀问题。

断口比较整齐，在螺栓心部为断裂源，断裂源呈放射线方式扩展，试样边缘明显存在中间部分和一圈小面积分离，可见断口表面锈蚀促使断面拉力脆性增大最终导致断裂，这也有可能和保存不当有关。

1.2 化学成分分析通过表1可知三个试样化学成分分析结果。

GB/T16939－2016《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》中就螺栓材料有着明确规定，螺栓化学成分符合要求，不过从螺栓表面到心部，碳元素含量出现了一定波动，具体如表1所示。

表1　螺栓化学成分分析结果（质量分数）1.3 硬度测试采用落实硬度测试方法就螺栓杆表面、心部进行测试，通过汇总结果能够发现，螺栓杆部表面硬度和心部硬度分别为34.0～34.5HRC和34.5～36.0HRC。

GB/T16939－2016＜钢网架螺栓球节点用高强度螺栓＞中明确规定，螺栓表面硬度和心部硬度分别要控制在32～37HRC和≥28HRC，试验测得结果满足国家标准规定要求。

1.4 扫描电镜及能谱分析用扫描电镜观察螺栓端口，发现断裂源区和扩展区存在图1所示特征，基本为确定为脆性断裂。

能谱分析断裂源区和扩展区能够发现两个区域中铁元素质量分数为67.79%，氧元素质量分数为29.09%，所以氧化铁是此区域的主要成分。

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。

高强度螺栓低温脆性断裂及冲击韧性分析随着科学技术的进步，对钢材脆性研究逐渐增多，并取得一定成就，在民用、工业施工中得到广泛应用。

然而，低温、高压等环境是影响高强度螺栓的重要因素，易导致高强度螺栓发生脆性断裂，造成巨大损失。

一、高强度螺栓脆性断裂的分类高强度螺栓脆性断裂主要分为以下几种类型：第一，过载断裂：导致过载断裂的原因主要在于过载，致使螺栓强度不够。

2100m/s是其断裂发生时的基本速率，易造成严重影响，该种断裂形式主要出现于10.9级和12.9级钢结构高强度螺栓产品中。

第二，非过载断裂：受到材料以及低温的影响，引起的断裂现象，主要出现于屈强性高、塑性好的高强度螺栓。

第三，应力腐蚀断裂：受到腐蚀性环境的影响，致使其所承受的静力或准静力荷载低于屈服极限应力，导致其发生断裂。

二、高强度螺栓脆性断裂的技术要素高强度螺栓脆性断裂的技术要素主要分为当前质量、潜在质量以及最终质量。

首先，当前质量：当前质量主要涉及的内容包括变形抗力、开裂程度以及钢材质量等。

其次，潜在质量：潜在质量必须以当前质量为依据，科学、合理配置合金元素，有效开发镦锻前后热处理工序的相关工作，达到提升钢材性能的目的。

最后，最终质量：指高强度螺栓以及螺栓制品最终需达到的质量标准，提高抗拉强度，避免出现拉长、拉断以及滑扣等问题的发生。

三、材料与韧性的关系镦锻成型是螺栓较常应用的工艺，包括温锻、冷镦以及车削加工等环节，具有涉及面广、批量大等特点。

冲击韧度主要用于表示材料韧性大小，化学成分和纤维组织以及材料冶金质量其决定因素，易受环境温度和缺口状况影响。

（一）材料与冲击韧度碳元素是影响冲击韧度的关键因素，如果强度水平一致，低碳合金钢的断裂韧性明显高于中碳合金钢。

例如，20MnTiB与40CrNiMo，将两者均处理成10.9级螺栓，其在强度相近的情况下，20MnTiB的断裂韧性为113MN/m2/3，40CrNiMo的断裂韧性为78MN/m2/3，而对于冲击功而言，40CrNiMo比20MnTiB高20至45J左右。

脉冲电流处理高强度螺栓钢抗延迟断裂性能的研究电脉冲加热处理提高螺栓强度是20世纪后期发展起来的一项新技术，由于瞬间输入高密度脉冲电流，其产生的独特现象如电致塑性、电迁移、纳米晶粒生成等已引起学者们的关注。

本文以SCM435高强度螺栓成品件为研究对象，致力于研究高能脉冲电流对其组织和性能的影响。

通过进行不同的加热时间和回火方式实验，发现220ms是最佳加热时间，430℃箱式炉中保温4h和80ms脉冲电流处理为两种回火方式的最佳参数，力学性能最佳且晶粒达到最细化。

在延迟断裂实验中，脉冲电流回火较箱式炉回火试样延迟断裂时间更长，且其延迟断裂性能均优于原始样。

标签：脉冲电流;高强度螺栓;SCM435;显微组织;延迟断裂1 研究背景电脉冲处理技术是近些年来逐步被采用的新型材料组织性能改性技术，对材料瞬间通以高能脉冲电流其产生的焦耳热效应、电子迁移、电子风和电致塑性交互作用使得材料产生微观组织性能的变化进而改善了材料的使用性能。

本文是以脉冲电流处理为手段，材质是SCM435 的高强度螺栓为研究对象，采用瞬时高能量的强脉冲电流处理来改善SCM435 螺栓的显微组织和力学性能，在水冷条件下，比较不同的加热参数，不同的回火方式，不同的回火温度对材料的组织的影响。

使用自制的延迟断裂实验器材分析处理后的试样和初始状态的试样的延迟断裂性能，并探讨瞬时高能量强脉冲电流作用下SCM435钢中发生的一系列瞬时动态过程，研究不同工艺参数下的脉冲电流处理对SCM435钢组织性能的影响规律，为提高螺栓的使用寿命提供新的理论依据和实用技术[1]。

2 实验方法2.1 实验材料本文实验材料为12.9 级，全牙，内六角，长度85.88 mm，直径为 6.00 mm 的高强度螺栓成品件。

材质是SCM435，国内对应牌号35CrMo，初始状态为调质态。

2.2 延迟断裂实验自制的延迟断裂装置，两块厚的钢板选材Q235，为保证螺栓加载时螺母不陷入钢板，选用与12.9 级高强度螺栓配套使用的高强度螺母，上面垫上自制的垫片。

高强度螺栓断裂分析曾振鹏(上海交通大学高温材料及高温测试教育部重点实验室，上海200030) 摘要:采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。

断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。

金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。

关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。

螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。

1 检验1.1 材料的化学成分用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。

从表1可以看出，材料的化学成分符合标准要求。

1.2 硬度测定硬度测定结果列于表2。

由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。

1.3 材料的显微组织(1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。

对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。

图1 夹杂物形态及分布状况100×图2 螺栓的显微组织280×4%硝酸酒精溶液侵蚀(2)显微组织见图2。

组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。

从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。

对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。

1.4 断口分析(1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。

表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。

当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。

图3 断口的宏观形貌图4 断口微观形貌(2)断口的微观形态基本上以准解理花样为主，还有一些二次裂纹，如图4所示。

2019年 第10期热加工M材料缺陷aterial Failure9高强度螺栓断裂原因分析■ 王嘉畅，冯文冲，张海兵摘要：针对10.9S 级高强度螺栓失效问题，采用金相检验、化学成分分析和扫描电子显微镜及能谱仪等方法进行分析。

结果表明：由于螺栓材料本身含有的氢在螺栓较大的安装应力下聚集，因此导致氢致延迟开裂，造成螺栓失效。

关键词：高强度螺栓；氢脆；失效据委托方介绍，来样为M20钢结构大六角头螺栓，等级为10.9S ，材质为20MnTiB 。

该螺栓为舞台桁架联接螺栓，舞台于2012年竣工，在2015年12月1日检修时，管理人员发现剧院舞台有螺母掉落。

该舞台桁架用于挂设剧院舞台幕布，由于桁架使用过程中，部分螺栓掉落，2016年3月2日施工单位进行检修并更换了19颗螺栓。

现场采用高强螺栓轴力扭矩复合测试仪对舞台桁架的高强螺栓联接状况进行了检测，发现原有螺栓扭矩及预拉力基本符合规范要求，部分螺栓存在预拉力过大现象，部分螺栓螺杆有变形，无法将螺栓取出。

此外，委托方未能提供螺栓具体生产工艺、现场安装等相关详细信息。

为找到断裂原因，消除安全隐患，笔者对断裂螺栓进行了失效分析。

1. 理化检验（1）宏观分析 对螺栓断口形貌进行观察，如图1、图2所示。

螺栓大六角头部涂有灰色防锈漆，杆部呈黑色，螺栓断裂于距螺杆第2~3牙螺纹牙底，该部位应为螺母紧固界面处，无明显塑性变形。

断口至螺杆间螺纹呈褐黄色，存在明显锈蚀痕迹。

断面起伏较大，高度可达两牙高度，且有些锈蚀。

断面颜色呈黑色和灰色两区域，黑色区域可见明显的放射线条纹，且汇聚于一侧螺牙底部，低倍下放大后可见一些闪光小刻面，呈脆性断裂特征。

裂源两侧周向边缘存在剪切唇特征。

灰色区域断口与轴向呈一定角度，断面较粗糙，为后续扩展断裂区域。

宏观分析螺栓断裂模式为脆性断裂。

（2）微观断口分析 将螺栓断口清洗后置于扫描电子显微镜下观察：①裂纹源区可见明显的放射线形貌，呈冰糖状沿晶断裂形貌，放大后晶面上可见鸡爪痕、微小孔洞形貌，断口可见大量沿晶二次裂纹形貌，呈氢致开图1 螺栓宏观形貌第10期 热加工图2 断口宏观形貌图3 裂纹源低倍形貌（15×）图4 裂纹源高倍形貌（50×）图5 裂纹源放大形貌（270×）图6 裂纹源沿晶特征（750×）图7 裂纹源沿晶特征（1200×）图8 扩展后期韧窝+沿晶特征（1100×）表1 螺栓断口化学成分（质量分数） （%）检验项目C P S 检测值0.200.0200.0170.25标准值0.17~0.24≤0.030≤0.0300.17~0.37图9 心部抛光态（100×）图10 心部显微组织（500×）图11 断口抛光态（100×）图12 断口显微组织（500×）图13 牙底抛光态（100×）行热酸蚀试验，与G B/T1979—2001中的评级图对比，结果如表的应力作用下氢原子在晶界或材料缺陷处聚集成氢分子而产生压力，形成延迟微裂纹。

高强螺栓脆性断裂研究及实例分析摘要：本文简要回顾了高强螺栓的发展历程，介绍了当前高强螺栓研究的现状及动态，总结了钢材脆性断裂理论、脆性断裂的影响因素及高强螺栓的断裂分析。

关键词：高强螺栓；脆性断裂；ResearchonBrittleFractureofHighStrengthBoltandAnalysisbyExampleAbstract：Thearticlebrieflyreviewedthedevelopmentcourseofhighstrengthbolt,introducedt hecurrentstatusandtrendsofhighstrengthbolt,andsummarizedthetheoryofbrittlef ractureandinfluencedfactorsandthefractureAnalysisofstrengthbolt.Keywords：highstrengthbolt；brittlefracture;0引言我国从1957年起开始研究高强度螺栓及其连接，并首先运用于桥梁。

这为我国钢结构采用高强螺栓连接奠定了基础。

在以后修建成昆铁路时推广了此项新技术，使高强螺栓连接技术得到了提高和发展。

在材料使用方面，我国高强度螺栓制作从开始时使用45号钢和40硼钢材料逐步转变到使用具有更好力学性能和工艺性能的20MnTiB钢。

高强度螺栓的应用范围也逐渐广泛,从原来的桥梁结构扩展到各种钢结构、机械结构设备，甚至宇宙飞船、海洋钻井平台的使用。

大量各种连接形式的静力试验和疲劳试验，为高强度螺栓连接合理设计提供了可靠的参数。

1高强螺栓的研究现状1。

1国外现状：美国伊利偌斯大学的RajasekhaaranS．Hair等对单螺栓连接和T字型双螺栓连接进行了试验和理论分析，得出了高强度螺栓的撬力作用会大大降低T字型双螺栓连接的极限承载力和疲劳强度的结论。

荷兰的StarkJWB和BijlaardFSK对由高强度螺栓构成的钢框架节点的弯矩一曲率关系进行了研究。

超高强度螺栓断裂失效分析摘要：螺栓作为重要的紧固件，其失效事故较多，危害极大。

其中，螺栓氢脆断裂是一种常见的失效模式。

由于氢脆主要与批次问题有关，因此危害更大。

螺纹连接是发动机部件之间最常用的连接，约占发动机连接的70%。

螺栓的应力特性决定了它是发动机的薄弱部分。

因此，连杆螺栓的失效分析和预防非常重要。

对超高强度螺栓的断裂失效进行了分析。

关键词：超高强度螺栓；断裂破坏；氢脆超高强度螺栓是经过铆接和焊接而发展起来的一种钢结构连接形式。

它具有结构简单、可拆卸、承载力大、抗疲劳、安全等优点。

因此，高强螺栓连接已发展成为工程安装的主要手段。

1例分析某轴承上使用了某种类型的高强度螺栓，其强度要求非常高。

经过5个月的生产检验合格后，发现部分螺栓螺纹处相继断裂。

该类高强螺栓为铰孔螺栓（螺纹长95mm），材质为35CrMnSiA钢，规格为M56，螺纹长235mm，强度要求符合gb/t3077-1999。

制造工艺如下：坯料电渣重熔→预处理→超声波探伤→粗加工（单边余量3～5mm）→淬火和回火处理（950℃淬火、630℃回火）→半精加工→淬火热处理（淬火温度900℃，310℃回火）→机械性能检查→完成→磁粉探伤（含螺纹）→表面油漆保护→装配目前，无损检测方法无法检测出螺栓内部0.2mm以下的微裂纹。

通过金相检验、氢含量检验和断口扫描电镜分析，对断裂的螺栓和未断裂的随机试样进行了检验，并分析了断裂原因。

2实验方法和结果2.1受试者。

试验对象为2个此类螺栓，包括断裂的铰制螺栓和1个相应的相同类型的未断裂螺栓。

2.2外观检查。

目测第一螺纹段铰制螺栓断口齐平，无塑性变形，断口垂直于轴线，为一次性脆性断裂。

断口附近有明显的腐蚀痕迹。

2.3化学成分分析。

对两个螺栓样品的化学成分进行了测试和分析。

结果表明，两个螺栓的化学成分均符合标准。

2.4氢含量检测。

对断裂铰孔螺栓和未断裂铰孔螺栓的光杆边缘、r/2和芯部进行了氢含量检测。

断裂和未断裂螺栓的光杆边缘和芯部的检测结果基本相同，r/2处的检测结果差异较大，分别为2.0×10-6和0.6×10-62.5断裂分析。