关于汽车配件螺栓断裂原因分析

任晓霞 尧伟

摘 要：材质为45#的螺栓在热处理后沿径向出现裂纹并断裂。为了查明原因，用光电直读光谱仪、光学显微镜及扫描电子显微镜对断裂处进行了能谱、宏观、微观和化学成分等分析。研究表明：螺栓的化学成分完全符合产品的技术要求，螺栓断裂是由于螺栓在淬火前存在成分偏析，以及淬火冷却时生成较多的块，半网状铁素体等组织缺陷，引起螺栓的强韧性下降，导致螺栓沿径向方向产生微裂纹而引起的疲劳断裂。

关键词：螺栓 疲劳断裂 成分富集

中图分类号：TG11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0070-01

某公司生产的螺栓，主要用于汽车上，其作用是紧固连接。材质：45#，性能等级：4.8级，规格：M10。它的热处理工艺是淬火900～930 ℃以及回火580～630 ℃。热处理结束之后，发现沿径向方向螺栓断裂，导致批量性报废，造成单位的经济损失惨重。该文通过分析，探究螺栓断裂的原因，包括能谱、宏观、微观和化学成分等分析。

1 实验过程与结果

1.1 化学成分分析

其材质：45#，执行标准：GB/T699-1999，螺栓的化学成分是通过采用美国XXX型光电直读光谱仪进行光谱分析的，结果见表1，观察表1知断裂螺栓的化学成分满足GB/T699-1999优质碳素结构钢的要求。

1.2 宏观分析

见图1，断裂螺杆的宏观图。经观察可知，螺栓对开是沿径向区域，断裂起源于螺栓螺纹牙处。整个断口绝大部分为扩展区，最后的瞬断区很窄，宏观上有明显的疲劳特征。直于裂纹前端（每一瞬间）的轮廓。因此可判断裂纹源应在螺栓螺纹牙处。

1.3 微观分析

侵蚀样品的溶液选用5%（体积分数）硝酸酒精，通过在显微镜下观察，能够发现其纵向截面断裂边缘组织是大量块状铁素体以及回火索氏体（见图2）。其块状铁素体是属于未淬透而生成的组织，有可能是经加热使其完全奥氏体化之后再做淬火冷却而缓慢形成的，并在回火的时候，因没有发生组织转变，最后，这部分铁素体被保留了下来，降低了机械性能，而余下的马氏体经碳化物析出，进而转变为回火索氏体。

1.4 能谱分析

观察正常部位组织（图3）及裂纹附近的组织（图4、图5），可以发现组织均以回火索氏体为主，大小均匀。裂纹附近组织无明显异常，可以初步判定裂纹不是在轧制阶段形成的，因为若是在轧制阶段形成，考虑在连续冷却相变过程机理不同，裂纹附近组织与正常部位的组织会有明显的不同。

能谱分析结果表明，裂纹靠近尖端及远离尖端处，均发现有S、Ca、Mn等元素聚集，考慮是炼钢环节保护渣卷入或钢中夹杂物造成的。钢中这些元素的聚集，形成硬质相，在外力作用下，易成为裂纹的起源点，而且这些硬质相对裂纹扩展的阻碍作用下，造成产品在服役过程中失效。

2 改进措施

对于上面所说的情况，采取以下改进措施：

（1）在调质之前应先进行退火。

（2）选择冷却能力较低的淬火介质（如：油）。

（3）有效防止炼钢时保护渣的卷入。

3 结论

（1）45#在热处理过程中生成了块状铁素体这种非正常组织，最终在热处理过程中的热应力作用下造成螺栓因微裂纹发生断裂。因此，在调质之前应该先进行退火，然后进行正火能够将晶粒细化，使其组织有所改善。

（2）如果机械性能要求可以由淬火、回火满足，那么若钢种的淬透性比较好，则淬火介质应该选择如油等这类冷却能力比较低的介质，采用的方式还可以是分级淬火，从而减小组织的内应力，进一步减少开裂或者变形倾向。

参考文献

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