《大型铸锻件》
ＨＥＡＶＹＣＡＳＴＩＮＧＡＮＤＦＯＲＧＩＮＧ
Ｎｏ．６
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００９
１０．９级高强度螺栓断裂分析
张邦强谢娟
（东方汽轮机有限公司材料研究中心，四川６１８２０３）
摘要：３支１０．９级４２ＣｒＭｏＡ高强度螺栓装配后发生断裂，经分析是因为回火不足导致材料强度过高，从而引起了延迟断裂。明确指出４２ＣｒＭｏＡ钢制作的１０．９级和１２．９级螺栓淬火后的回火温度一般不低于５００。Ｃ，可有效提高延迟断裂抗力。
关键词：螺栓；失效分析；延迟断裂；回火热处理中图分类号：ＴＧ
１１５．５＋７
文献标识码：Ａ
１０．９
Ｈｉ曲ＳｔｒｅｎｇｔｈＢｏｌｔＦｒａｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓ
ＺｈａｎｇＢａｎｇｑｉａｎｇ，ＸｉｅＪｕａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ１０．９ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｓ
ＯＣＣＵＩ＇８
ｆｒａｃｔｕｒｅａｆｔｅｒｔｈｅｍａｓｓｅｍｂｌｅｄ，ｉｔｉｓｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｅｍｐｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎ
ｄｅｌａｙｅｄｆｒａｃｔｕｒｅｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇ．Ａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｃｌｅａｒｌｙｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ１０．９ａｎｄ１２．９ｂｏｌｔｓｍａｄｅｏｆ
４２ＣｒＭｏＡｓｔｅｅｌｉｓ
ｎｏｔ
ｕｎｄｅｒ５００。Ｃａｆｔｅｒ
ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，ａｎｄ
８０ｔｏ
ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｅｈｙｅｄ
ｆｒａｃｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｂｏｌｔｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅ—
ｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｌｔ；ｆａｉｌｕｒｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｅｌａｙｅｄｆｒａｃｔｕｒｅ；ｔｅｍｐｅｒ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
３支１０．９级Ｍ３０高强螺栓在进行风电轮毂装配后，发生了断裂脱落事故，断裂时间为装配完成１天之后。螺栓材质为４２ＣｒＭｏＡ，杆长２５０ｍｍ。断裂位置均位于六角螺栓头部。装配过程为了控制力矩采用了力矩扳手。为了分析高强度螺栓断裂的原因，我们搜集了断裂样品，进行了综合试验分析。ｌ试验分析１．１断口宏观分析
图ｌ为断裂脱落螺栓头的断口形貌，断口中局部颜色较深是由于断裂后浸入油渍形成的。从断口可以看出，断裂源区位于尺角外缘处（见图１箭头所示位置），裂纹扩展至Ｉ／２半径处，出现了纤维状断口特征，之后裂纹发生了快速扩展。整个断口较为平整，呈典型的脆性断裂特征。图２为螺杆部分宏观检验照片。１．２常规理化分析
在断裂螺杆上取样进行了化学成分、力学性能和金相组织检验分析，结果见表１、表２和表３。
Ｆｉｇｕｒｅ１
Ｔｈｅｈｅａｄ
ａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｂｏｌｔＦｉｇｕｒｅ２
Ｔｈｅ
ｍａｃｒｏｇｒａｐｈｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ
８ｃｒｅｗ
ｐａｒｔ
收稿日期：２００９—０８—２０
１５
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表１实测螺栓化学成分（质量分数。％ｌ
Ｔａｂｌｅ１
Ｔｈｅ
Ｃ
ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｏｌｔｓ｛ｍａ鹤ｆｒａｃｔｉｏｎ，％）
—
元素断裂螺栓实测值未使用新螺栓实测值
ＳｉＭｎＳ
０．００９０．００ｒ７
Ｐ
０．０１３０．０１０
Ｃｒ
ＭｏＣｕ
０．３８６
０．１８４０．１７２
０．５３２０．５２８
０．９５０
０．２２５０．１８７
０．００４Ｏ．００ｌ
０．３８０
０．９０６
表２螺栓力学性能试验结果
Ｔａｂｌｅ２
Ｔｈｅ
Ｒｐｏ
的。从组织形态上看，断裂螺栓组织呈现明显的板条状马氏体，２０００倍的放大倍数下，看不到明显的碳化物析出，而未断裂螺栓则为典型的回火索氏体组织。１．３断口微观分析
采用ＪＳＭ－６４９０ＬＶ扫描电镜对断口形貌进行了观察，断口源区、扩展区均呈现沿晶断裂特征，见图４。为了分析断裂性质，采用新螺栓冲击试样和断裂螺栓冲击试样进行了断口分析，在断裂螺栓冲击试样断口中同样发现存在沿晶断裂特征，而新螺栓试样断口形貌显示为准解理断裂（见图５）。
２螺栓断裂原因分析
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｂｏｌｔｓ
２
试验项目断裂螺栓实测值未使用新螺栓实测值
Ｒ。／ＭＰａ
Ａ５
Ｚ
Ａｈ
ＨＢＳ
／ＭＰａ
（％）
１０．Ｏ
（％）
３７．Ｏ
１４
／Ｊ
１４
４２０
４２９
ｌ１３０
ｌ
５ｌＯ
９００１１５０１５．５５３．５４６５５３４１３４５
表３金相检验结果
Ｔａｂｌｅ３
Ｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｒｅｓｕｌｔｓ
ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ
ｏｆｔｈｅｂｏｌｔｓ夹杂物
Ｄ２．０Ｄ２．０
试验项目ｌ断裂螺栓试样ｌ末使用新螺栓
显微组织马氏体回火索氏体
脱碳层
Ｏ．１０ｍｍＯ．１５
ｍｌＴｌ
晶粒度
６～７６—７
从试验结果看，断裂螺栓材料化学成分符合ＧＢ／
Ｔ
３０７７对４２ＣｒＭｏＡ材质的化学成分要求，而力学
从断裂情况来看，螺栓装配１天后发生断裂脱落，同时断口分析显示断裂为沿晶脆断，则失效螺栓的断裂原因应为延迟断裂。延迟断裂是指在静应力作用下的材料，经过一定时间后突然脆性破坏的一种现象。由于高强度螺栓属于应力集中严重的多缺口零件，承受轴向预紧拉伸力和工作应力，此应力与螺栓中的氢发生相互作用往往会引起延迟断裂。钢的强度愈高，对延迟断裂愈敏感。就高强度螺栓而言，其抗拉强度超过１
２００
性能试验结果显示断裂螺栓的伸长率、冲击功均低于标准要求，同时强度和硬度远高于正常螺栓。螺栓的宏观检验结果显示材料存在方框型偏析１．５级，见图２。从金相检验结果上看断裂螺栓金相组织为回火马氏体（见图３），而未使用的新螺栓材料为回火索氏体组织。
图３～图６为断裂螺栓和新螺栓试样的金相组织照片，侵蚀剂为４％硝酸酒精溶液，２０００倍组织照片是通过１３本ＶＨＸ－６００Ｅ超景深显微镜拍摄
ＭＰａ时，即使在自然环境中也隐藏着延迟断裂的
图３螺栓金相照片
Ｆｉｇｕｒｅ３
Ｔｈｅｐｈｏｔｏｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄ
ｂｏｌｔ
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图４断口扫描电镜二次电子像
Ｆｉｇｕｒｅ４
Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
图５
Ｆｉｇｕｒｅ５
冲击试样断口扫描电镜二次电子像
Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅｋｅｙｈｏｌｅｓｐｅｃｉｍｅｎ
图６金相组织扫描电镜二次电子像
Ｆｉｇｕｒｅ６
Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
可能性‘¨。而此次断裂失效的螺栓抗拉强度高达１
５００
开裂［２２。从断裂失效的螺栓取样进行低倍检验发现，该失效螺栓也存在方框偏析，级别为１．５级。
（下转第３９页）
１７
ＭＰａ，对延迟断裂敏感性很高。另外，方
框偏析会导致材料材质不均，将促进螺栓的延迟
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果模拟不准确，或者是模拟运算原理（刚塑性方程和有限元模型）不准，或者是边界条件不合适。总之，大锻件生产企业的数字模拟在应用上的确比较少，比较薄弱。
（３）计算机辅助工艺编制ＣＡＰＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ—
ＡｉｄｅｄＰｒｏｃｅｓｓ
企业的业务流程问题，也是信息化应用薄弱的问题。
以上列举了大锻件面临的问题与挑战。问题往往是改进的机会和课题，困难就是天赐的机遇和挑战。有理由认为，我国大锻件生产企业当前迫切需要解决的问题是：（１）大锻件锻压工艺参数化的研究；（２）业务流程的改进和创新，实施精益生产和卓越运营；（３）信息化实施、开发和创新。
参考文献
［１］ＤａｖｉｄＴａｙｌｏｒ，ＤａｖｉｄＢｎｍｔ．生产运营与供应链管理一精益方
法．丁立言等译．第一版．北京：清华大学出版社。２００４．［２］ＲｉｃｈａｒｄＢ．Ｃｈａｓｅ等．运营管理（英文版原书第１ｌ版）．任建
标译注．第一版．北京：机械工业出版社，２００７．［３］
吕茂寒，齐作玉．发电机转子、低压汽轮机转子锻造技术的进展．大型铸锻件，１９９１，（１～２）：６４—７２．［４］
齐作玉．管理信息系统的选择．机械制造，２００４，（２）：４６—
４８．
Ｐｌａｎｎｉｎｇ）应用结果不理想：它有两
层含义，一方面是使用者或大锻件技术人员对新生事物的认识不足，甚至有排斥新事物的个人主观问题；另一方面是ＣＡＰＰ本身还不够“傻瓜＂Ｌ４｜，尚需要改进和完善。不管如何，只要ＣＡＰＰ用的不好，没有发挥出显著效益，就是信息化薄弱的问题。
（４）业务管理系统与技术辅助系统没有集成：业务管理信息系统比如ＥＲＰ，在大批量生产的装配型企业和流程型企业的效果明显。然而，大锻件生产的工艺技术复杂独特，生产特征又是单件小批量、周期长，如果业务管理系统与技术辅助系统没有很好的集成，就会导致业务管理信息系统的应用效果不明显、应用推广难度加大。为此，业务管理系统与技术辅助系统的集成对自由锻生产企业是尤其重要的。没有或缺少集成，是
［５］齐作玉等．大锻件锻压工艺傻瓜软件的研究．大型铸锻件，１９９６，（２）．１—３．
编辑龙礼建
—＋—－—－————■—－一．—・－●—－＋——＋—＋－＋－＋－■—－—卜・—●＿—卜—＋—．．——＋—＿．—－—●—＋斗—＋—＋—．．——．．衅－＋－—卜・—卜——卜——卜—・卜嘲－卜－—●——＋—－●—－＋－＇－４－－－．－４－—－．—・忡—●Ｈ
（上接第１７页）
生了延迟断裂。此外根据低倍检验结果，螺栓材质存在的方框偏析也促使了延迟断裂的发生。３结论
通过试验分析得出结论，该批失效螺栓的断裂方式为延迟断裂，其原因为回火程度不足，致使强度过高。为了预防类似事故的再次发生，应充分重视高强螺栓的抗延迟断裂性能，增加高强螺栓的抗拉强度上限值要求，并控制制造、装配各个过程中不利于抗断裂能力的环境因素。
参考文献
［１］
郑琛，朱金华．１３．９级ＡＤＦｌ发动机螺栓的延迟断裂分析［Ｊ］．空军工程大学学报（自然科学版），２００３，５（４）：１０一
１２．
螺栓制造厂反馈的调查结果为该批螺栓在制造厂遗漏了回火工艺，导致了强度和硬度过高。如果遗漏工序，螺栓组织应为马氏体组织（见图６ｂ），硬度也会高于４２０ＨＢＳ。从金相组织上看，断裂螺栓马氏体板条内已经析出部分碳化物，而从该螺栓上取样进行淬火处理的试样金相组织则完全为板条状马氏体，未见碳化物析出。由此可见该批螺栓并非遗漏回火工艺，而是回火程度不足，从而造成强度过高。大量研究表明延迟断裂抗力与回火温度有关，回火温度越高、延迟断裂抗力越高。这是因为回火工艺使碳化物在晶内弥散析出，因而将氢捕集在晶内，减少了原奥氏体晶界氢的捕集量，有利于抑制脆性的沿晶断裂ｐｏ。
由于回火工艺对高强度螺栓的耐延迟断裂抗力有显著影响，因此在高强螺栓制造过程中有最低回火温度的要求。为了保证高强度螺栓的耐延迟断裂性能，用４２ＣｒＭｏ钢制作的１０．９级和１２．９级螺栓淬火后的回火温度一般不低于５００℃【４Ｊ。因此，该批螺栓发生断裂脱落的直接原因是制造厂遗漏了回火工序，致使该批螺栓在装配之后发
［２］李建平，黄文长，冯继军．１２．９级缸盖螺栓的延迟断裂分析
［Ｊ］．汽车科技，２００１，４（４）：１６一１８．
［３】惠卫军，董瀚，翁宇庆，等．Ｍｏ对高强度钢延迟断裂行为的
影响［Ｊ］．金属学报，２００４，１２（１２）ｉ１２７４—１２８０．［４］
惠卫军，董瀚，翁字庆，等．高强度螺栓钢的合金设计和性能［Ｊ］．钢铁研究学报，２００３．４（２）：３０—３３．
编辑邓玉
３９
10.9级高强度螺栓断裂分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张邦强， 谢娟
东方汽轮机有限公司材料研究中心,四川,618203大型铸锻件
HEAVY CASTING AND FORGING2009(6)
参考文献(4条)
1.惠卫军;董瀚;翁宇庆 高强度螺栓钢的合金设计和性能[期刊论文]-钢铁研究学报 2003(02)2.惠卫军;董瀚;翁宇庆 Mo对高强度钢延迟断裂行为的影响[期刊论文]-金属学报 2004(12)3.李建平;黄文长;冯继军 12.9级缸盖螺栓的延迟断裂分析[期刊论文]-汽车科技 2001(04)
4.郑琛;朱金华 13.9级ADF1发动机螺栓的延迟断裂分析[期刊论文]-空军工程大学学报（自然科学版） 2003(04)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dxzdj200906005.aspx
《大型铸锻件》
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Ｎｏ．６
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００９
１０．９级高强度螺栓断裂分析
张邦强谢娟
（东方汽轮机有限公司材料研究中心，四川６１８２０３）
摘要：３支１０．９级４２ＣｒＭｏＡ高强度螺栓装配后发生断裂，经分析是因为回火不足导致材料强度过高，从而引起了延迟断裂。明确指出４２ＣｒＭｏＡ钢制作的１０．９级和１２．９级螺栓淬火后的回火温度一般不低于５００。Ｃ，可有效提高延迟断裂抗力。
关键词：螺栓；失效分析；延迟断裂；回火热处理中图分类号：ＴＧ
１１５．５＋７
文献标识码：Ａ
１０．９
Ｈｉ曲ＳｔｒｅｎｇｔｈＢｏｌｔＦｒａｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓ
ＺｈａｎｇＢａｎｇｑｉａｎｇ，ＸｉｅＪｕａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ１０．９ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｓ
ＯＣＣＵＩ＇８
ｆｒａｃｔｕｒｅａｆｔｅｒｔｈｅｍａｓｓｅｍｂｌｅｄ，ｉｔｉｓｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｅｍｐｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎ
ｄｅｌａｙｅｄｆｒａｃｔｕｒｅｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇ．Ａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｃｌｅａｒｌｙｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ１０．９ａｎｄ１２．９ｂｏｌｔｓｍａｄｅｏｆ
４２ＣｒＭｏＡｓｔｅｅｌｉｓ
ｎｏｔ
ｕｎｄｅｒ５００。Ｃａｆｔｅｒ
ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，ａｎｄ
８０ｔｏ
ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｅｈｙｅｄ
ｆｒａｃｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｂｏｌｔｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅ—
ｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｌｔ；ｆａｉｌｕｒｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｅｌａｙｅｄｆｒａｃｔｕｒｅ；ｔｅｍｐｅｒ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
３支１０．９级Ｍ３０高强螺栓在进行风电轮毂装配后，发生了断裂脱落事故，断裂时间为装配完成１天之后。螺栓材质为４２ＣｒＭｏＡ，杆长２５０ｍｍ。断裂位置均位于六角螺栓头部。装配过程为了控制力矩采用了力矩扳手。为了分析高强度螺栓断裂的原因，我们搜集了断裂样品，进行了综合试验分析。ｌ试验分析１．１断口宏观分析
图ｌ为断裂脱落螺栓头的断口形貌，断口中局部颜色较深是由于断裂后浸入油渍形成的。从断口可以看出，断裂源区位于尺角外缘处（见图１箭头所示位置），裂纹扩展至Ｉ／２半径处，出现了纤维状断口特征，之后裂纹发生了快速扩展。整个断口较为平整，呈典型的脆性断裂特征。图２为螺杆部分宏观检验照片。１．２常规理化分析
在断裂螺杆上取样进行了化学成分、力学性能和金相组织检验分析，结果见表１、表２和表３。
Ｆｉｇｕｒｅ１
Ｔｈｅｈｅａｄ
ａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｂｏｌｔＦｉｇｕｒｅ２
Ｔｈｅ
ｍａｃｒｏｇｒａｐｈｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ
８ｃｒｅｗ
ｐａｒｔ
收稿日期：２００９—０８—２０
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Ｎｏ．６
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００９
《大型铸锻件》
ＨＥＡＶＹＣＡＳＴＩＮＧＡＮＤＦＯＲＧＩＮＧ
表１实测螺栓化学成分（质量分数。％ｌ
Ｔａｂｌｅ１
Ｔｈｅ
Ｃ
ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｏｌｔｓ｛ｍａ鹤ｆｒａｃｔｉｏｎ，％）
—
元素断裂螺栓实测值未使用新螺栓实测值
ＳｉＭｎＳ
０．００９０．００ｒ７
Ｐ
０．０１３０．０１０
Ｃｒ
ＭｏＣｕ
０．３８６
０．１８４０．１７２
０．５３２０．５２８
０．９５０
０．２２５０．１８７
０．００４Ｏ．００ｌ
０．３８０
０．９０６
表２螺栓力学性能试验结果
Ｔａｂｌｅ２
Ｔｈｅ
Ｒｐｏ
的。从组织形态上看，断裂螺栓组织呈现明显的板条状马氏体，２０００倍的放大倍数下，看不到明显的碳化物析出，而未断裂螺栓则为典型的回火索氏体组织。１．３断口微观分析
采用ＪＳＭ－６４９０ＬＶ扫描电镜对断口形貌进行了观察，断口源区、扩展区均呈现沿晶断裂特征，见图４。为了分析断裂性质，采用新螺栓冲击试样和断裂螺栓冲击试样进行了断口分析，在断裂螺栓冲击试样断口中同样发现存在沿晶断裂特征，而新螺栓试样断口形貌显示为准解理断裂（见图５）。
２螺栓断裂原因分析
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｂｏｌｔｓ
２
试验项目断裂螺栓实测值未使用新螺栓实测值
Ｒ。／ＭＰａ
Ａ５
Ｚ
Ａｈ
ＨＢＳ
／ＭＰａ
（％）
１０．Ｏ
（％）
３７．Ｏ
１４
／Ｊ
１４
４２０
４２９
ｌ１３０
ｌ
５ｌＯ
９００１１５０１５．５５３．５４６５５３４１３４５
表３金相检验结果
Ｔａｂｌｅ３
Ｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｒｅｓｕｌｔｓ
ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ
ｏｆｔｈｅｂｏｌｔｓ夹杂物
Ｄ２．０Ｄ２．０
试验项目ｌ断裂螺栓试样ｌ末使用新螺栓
显微组织马氏体回火索氏体
脱碳层
Ｏ．１０ｍｍＯ．１５
ｍｌＴｌ
晶粒度
６～７６—７
从试验结果看，断裂螺栓材料化学成分符合ＧＢ／
Ｔ
３０７７对４２ＣｒＭｏＡ材质的化学成分要求，而力学
从断裂情况来看，螺栓装配１天后发生断裂脱落，同时断口分析显示断裂为沿晶脆断，则失效螺栓的断裂原因应为延迟断裂。延迟断裂是指在静应力作用下的材料，经过一定时间后突然脆性破坏的一种现象。由于高强度螺栓属于应力集中严重的多缺口零件，承受轴向预紧拉伸力和工作应力，此应力与螺栓中的氢发生相互作用往往会引起延迟断裂。钢的强度愈高，对延迟断裂愈敏感。就高强度螺栓而言，其抗拉强度超过１
２００
性能试验结果显示断裂螺栓的伸长率、冲击功均低于标准要求，同时强度和硬度远高于正常螺栓。螺栓的宏观检验结果显示材料存在方框型偏析１．５级，见图２。从金相检验结果上看断裂螺栓金相组织为回火马氏体（见图３），而未使用的新螺栓材料为回火索氏体组织。
图３～图６为断裂螺栓和新螺栓试样的金相组织照片，侵蚀剂为４％硝酸酒精溶液，２０００倍组织照片是通过１３本ＶＨＸ－６００Ｅ超景深显微镜拍摄
ＭＰａ时，即使在自然环境中也隐藏着延迟断裂的
图３螺栓金相照片
Ｆｉｇｕｒｅ３
Ｔｈｅｐｈｏｔｏｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄ
ｂｏｌｔ
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图４断口扫描电镜二次电子像
Ｆｉｇｕｒｅ４
Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
图５
Ｆｉｇｕｒｅ５
冲击试样断口扫描电镜二次电子像
Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅｋｅｙｈｏｌｅｓｐｅｃｉｍｅｎ
图６金相组织扫描电镜二次电子像
Ｆｉｇｕｒｅ６
Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
可能性‘¨。而此次断裂失效的螺栓抗拉强度高达１
５００
开裂［２２。从断裂失效的螺栓取样进行低倍检验发现，该失效螺栓也存在方框偏析，级别为１．５级。
（下转第３９页）
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ＭＰａ，对延迟断裂敏感性很高。另外，方
框偏析会导致材料材质不均，将促进螺栓的延迟
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Ｎｏ．６
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００９
果模拟不准确，或者是模拟运算原理（刚塑性方程和有限元模型）不准，或者是边界条件不合适。总之，大锻件生产企业的数字模拟在应用上的确比较少，比较薄弱。
（３）计算机辅助工艺编制ＣＡＰＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ—
ＡｉｄｅｄＰｒｏｃｅｓｓ
企业的业务流程问题，也是信息化应用薄弱的问题。
以上列举了大锻件面临的问题与挑战。问题往往是改进的机会和课题，困难就是天赐的机遇和挑战。有理由认为，我国大锻件生产企业当前迫切需要解决的问题是：（１）大锻件锻压工艺参数化的研究；（２）业务流程的改进和创新，实施精益生产和卓越运营；（３）信息化实施、开发和创新。
参考文献
［１］ＤａｖｉｄＴａｙｌｏｒ，ＤａｖｉｄＢｎｍｔ．生产运营与供应链管理一精益方
法．丁立言等译．第一版．北京：清华大学出版社。２００４．［２］ＲｉｃｈａｒｄＢ．Ｃｈａｓｅ等．运营管理（英文版原书第１ｌ版）．任建
标译注．第一版．北京：机械工业出版社，２００７．［３］
吕茂寒，齐作玉．发电机转子、低压汽轮机转子锻造技术的进展．大型铸锻件，１９９１，（１～２）：６４—７２．［４］
齐作玉．管理信息系统的选择．机械制造，２００４，（２）：４６—
４８．
Ｐｌａｎｎｉｎｇ）应用结果不理想：它有两
层含义，一方面是使用者或大锻件技术人员对新生事物的认识不足，甚至有排斥新事物的个人主观问题；另一方面是ＣＡＰＰ本身还不够“傻瓜＂Ｌ４｜，尚需要改进和完善。不管如何，只要ＣＡＰＰ用的不好，没有发挥出显著效益，就是信息化薄弱的问题。
（４）业务管理系统与技术辅助系统没有集成：业务管理信息系统比如ＥＲＰ，在大批量生产的装配型企业和流程型企业的效果明显。然而，大锻件生产的工艺技术复杂独特，生产特征又是单件小批量、周期长，如果业务管理系统与技术辅助系统没有很好的集成，就会导致业务管理信息系统的应用效果不明显、应用推广难度加大。为此，业务管理系统与技术辅助系统的集成对自由锻生产企业是尤其重要的。没有或缺少集成，是
［５］齐作玉等．大锻件锻压工艺傻瓜软件的研究．大型铸锻件，１９９６，（２）．１—３．
编辑龙礼建
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生了延迟断裂。此外根据低倍检验结果，螺栓材质存在的方框偏析也促使了延迟断裂的发生。３结论
通过试验分析得出结论，该批失效螺栓的断裂方式为延迟断裂，其原因为回火程度不足，致使强度过高。为了预防类似事故的再次发生，应充分重视高强螺栓的抗延迟断裂性能，增加高强螺栓的抗拉强度上限值要求，并控制制造、装配各个过程中不利于抗断裂能力的环境因素。
参考文献
［１］
郑琛，朱金华．１３．９级ＡＤＦｌ发动机螺栓的延迟断裂分析［Ｊ］．空军工程大学学报（自然科学版），２００３，５（４）：１０一
１２．
螺栓制造厂反馈的调查结果为该批螺栓在制造厂遗漏了回火工艺，导致了强度和硬度过高。如果遗漏工序，螺栓组织应为马氏体组织（见图６ｂ），硬度也会高于４２０ＨＢＳ。从金相组织上看，断裂螺栓马氏体板条内已经析出部分碳化物，而从该螺栓上取样进行淬火处理的试样金相组织则完全为板条状马氏体，未见碳化物析出。由此可见该批螺栓并非遗漏回火工艺，而是回火程度不足，从而造成强度过高。大量研究表明延迟断裂抗力与回火温度有关，回火温度越高、延迟断裂抗力越高。这是因为回火工艺使碳化物在晶内弥散析出，因而将氢捕集在晶内，减少了原奥氏体晶界氢的捕集量，有利于抑制脆性的沿晶断裂ｐｏ。
由于回火工艺对高强度螺栓的耐延迟断裂抗力有显著影响，因此在高强螺栓制造过程中有最低回火温度的要求。为了保证高强度螺栓的耐延迟断裂性能，用４２ＣｒＭｏ钢制作的１０．９级和１２．９级螺栓淬火后的回火温度一般不低于５００℃【４Ｊ。因此，该批螺栓发生断裂脱落的直接原因是制造厂遗漏了回火工序，致使该批螺栓在装配之后发
［２］李建平，黄文长，冯继军．１２．９级缸盖螺栓的延迟断裂分析
［Ｊ］．汽车科技，２００１，４（４）：１６一１８．
［３】惠卫军，董瀚，翁宇庆，等．Ｍｏ对高强度钢延迟断裂行为的
影响［Ｊ］．金属学报，２００４，１２（１２）ｉ１２７４—１２８０．［４］
惠卫军，董瀚，翁字庆，等．高强度螺栓钢的合金设计和性能［Ｊ］．钢铁研究学报，２００３．４（２）：３０—３３．
编辑邓玉
３９
10.9级高强度螺栓断裂分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张邦强， 谢娟
东方汽轮机有限公司材料研究中心,四川,618203大型铸锻件
HEAVY CASTING AND FORGING2009(6)
参考文献(4条)
1.惠卫军;董瀚;翁宇庆 高强度螺栓钢的合金设计和性能[期刊论文]-钢铁研究学报 2003(02)2.惠卫军;董瀚;翁宇庆 Mo对高强度钢延迟断裂行为的影响[期刊论文]-金属学报 2004(12)3.李建平;黄文长;冯继军 12.9级缸盖螺栓的延迟断裂分析[期刊论文]-汽车科技 2001(04)
4.郑琛;朱金华 13.9级ADF1发动机螺栓的延迟断裂分析[期刊论文]-空军工程大学学报（自然科学版） 2003(04)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dxzdj200906005.aspx