北京高强度大六角头螺栓断裂分析

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。

根据断口分析，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。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。

从断口的宏观和微观分析可知，断裂断口为脆性断口，裂纹起源于中心部位。裂纹产生后向四周扩展，直至螺栓断裂。

螺栓的横向内裂纹

化学成分分析表明，螺栓材料的化学成分符合35CrMoA钢的标准成分，其硬度也在技术要求范围内(但已接近上限)。但是从金相分析结果可以看出，材料的内在质量较差，心部存在碳偏析，不仅降低了材料的韧性和塑性，而且由于组织不均匀，引起心部硬度不均匀，最高硬度已达48HRC。同时，材料中存在严重的夹杂物，致使螺栓心部材料硬而脆，因此施加载荷后首先在心部产生裂纹，而后形成横向内裂纹。所谓钢材的碳偏析是指钢材内各部位含碳量的不均匀性。所以，可以认为，本例螺栓受载荷后产生脆性断裂和存在横向内裂纹是与螺栓材料内存在中心碳偏析有关。

内裂纹。为什么内裂纹不象断口裂纹那样使螺栓断裂呢?这是因为拧紧螺母后，在螺杆上产生的轴向拉力分布是不均匀的，轴向力在旋合各圈罗纹牙间的分布呈双曲余弦函数关系，第一圈罗纹牙承受的轴向力最大，然后依次减小。因为与横向内裂纹相对应的螺纹处的轴向应力小，所以螺栓没有断裂。

材质。虽然螺栓材料的化学成分符合35CrMoA钢标准，但其夹杂物含量较高(3～4级)，且存在中心碳偏析，因此认为，该批螺栓的材质是不合格的。

高强度大六角头螺栓断裂原因结论。螺栓的断裂为脆性断裂。断裂的原因是因为螺栓材质不良———原材料棒中存在中心碳偏析以及严重的夹杂物。

建议。加强对原材料的质量检查。为了提高螺栓材料的综合力学性能，硬度控制在技术要求的中限附近。