1. 概述 委托方提供兩組斷裂螺栓殘件及若干完好螺栓，據(jù)委托方描述，失效螺栓在進行楔負(fù)載試驗時出現(xiàn)掉頭，要求分析原因。該批螺栓規(guī)格為M16，性能等級4.8級，材料牌號為Q195，表面電鍍黃鋅。圖1所示為送檢失效螺栓斷面宏觀形貌，可見斷口平整，表面金屬本色，未見明顯塑性變形痕跡。值得注意的是，螺栓斷裂位置不是位于頭下圓角處，而是位于六角頭內(nèi)部。

圖1 斷裂螺栓宏觀形貌

2. 楔負(fù)載實驗
隨機抽取送檢的兩件完好螺栓進行楔負(fù)載試驗（楔墊角度6度），1#樣品斷裂位置位于未旋合的螺紋部位，斷裂載荷為83.0kN，試驗后樣品如圖2所示 。

圖2 1#完好樣品楔負(fù)載試驗后宏觀形貌

2#樣品斷裂 載荷為29.0kN，斷裂位置位于頭部六角面內(nèi)，試驗后樣品如圖3所示。根據(jù)“GB/T3098.1-2010”規(guī)定：規(guī)格為M16，性能等級4.8級的粗牙螺栓最小拉力載荷為65.9 kN，斷裂不允許發(fā)生在頭部。1#樣品符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，2#樣品不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

圖3 2#完好樣品楔負(fù)載試驗后宏觀形貌

圖4所示為2 #試樣斷裂頭部的斷面宏觀形貌，箭頭所指位置為斷裂源區(qū)。

圖4 2#試樣斷面宏觀形貌

3. 金相分析

將2件樣品斷裂頭部沿縱軸線剖開，經(jīng)磨制、拋光、腐蝕后觀察頭部流線形貌，如圖5、圖6所示。由圖5可見，1#試樣（楔負(fù)載合格）雖然流線分布欠對稱，但流線尚且連續(xù)，較順暢，未出現(xiàn)明顯異常。由圖6可見，2#樣品（楔負(fù)載不合格）斷裂源為箭頭所指的流線轉(zhuǎn)彎位置（與斷面形貌吻合），該試樣頭部流線紊亂、不順暢，同時左右兩側(cè)流線明顯不對稱。

圖5 1#樣品頭部流線 圖6 2#樣品頭部流線

在另外幾件送檢的完好螺栓中任取4件進行頭部流線檢測，結(jié)果如圖7~10所示：圖7所示樣品頭部流線左右對稱，但局部有紊亂和不連續(xù)（箭頭所指處）；圖8所示樣品頭部流線紊亂，并在流線轉(zhuǎn)折處斷裂（箭頭所指處）；圖9所示樣品頭部流線連續(xù)、順暢，但兩側(cè)對稱度欠佳；圖10所示樣品頭部流線左右不對稱，左邊紊亂明顯，箭頭所指為流線轉(zhuǎn)折處出現(xiàn)中斷。

圖7 完好樣品頭部流線 10X 圖8 完好樣品頭部流線 10X

圖9 完好樣品頭部流線 10X 圖10 完好樣品頭部流線 10X

圖11所示為斷裂螺栓桿部橫截面低倍組織，可見組織均勻，未發(fā)現(xiàn)偏析、縮松等缺陷。

圖11 試樣橫截面低倍組織

圖12所示為斷裂螺栓芯部金相組織，為鐵素體加少量珠光體。組織未現(xiàn)異常。

圖12 試樣芯部金相組織
圖13所示斷裂螺栓頭部縱向剖面非金屬夾雜物評定，根據(jù)“GB-T 10561-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)”可評定為D類（球狀氧化物夾雜，細系）1級，A類（硫化物夾雜，細系）2級。
圖13 試樣非金屬夾雜物評定

4. 螺栓材質(zhì)分析

采用直讀光譜法對斷裂螺栓進行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2所示，根據(jù)“GB/T 700-2006”對Q195鋼化學(xué)成分的規(guī)定，樣品除C量略高于標(biāo)準(zhǔn)值外，其余各元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

表2 斷裂螺栓化學(xué)成分

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化學(xué)元素 C Si Mn P S

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標(biāo)準(zhǔn)值 ≤0.12 ≤0.30 ≤0.50 ≤0.035 ≤0.040

測量值 0.13 0.095 0.333 0.034 0.019

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5．綜合分析

對送檢楔負(fù)載試驗不合格螺栓進行檢測分析后發(fā)現(xiàn)，不合格試驗斷裂均起源于六角頭內(nèi)部，經(jīng)流線檢查發(fā)現(xiàn)，該批螺栓頭部流線存在較大比例異常（隨機抽查六例，其中四例異常），表現(xiàn)為流線左右不對稱、流線紊亂，并在流線轉(zhuǎn)折處出現(xiàn)中斷，中斷位置基本與斷裂面所示的斷裂源區(qū)吻合。

6. 結(jié)論

一、送檢螺栓楔負(fù)載不合格原因為頭部流線存在紊亂、不對稱、中斷缺陷；

二、螺栓材質(zhì)硫化物夾雜2級，碳含量偏高。