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1、宏观分析 

宏观观察，送来的四只螺栓1#（CW）、2#（SFC）、3#（YH）、4#（CS）的断裂位置基本一致，均位于螺栓前端4 ～ 5 螺牙处，无明显的塑性变形，断口有疲劳断裂特征。 1# 螺栓断口附近螺纹有明显摩擦痕迹，表面镀层已磨掉，见图1 ～ 5。

图一螺栓断口形貌

图二螺栓断口形貌

图三螺栓断口形貌

图四螺栓断口形貌

图五螺栓

2、硬度测试

分别在断裂螺栓上取样制样进行硬度检测，硬度值为1#28.1HRC、2#27.4HRC、3#27.9HRC、4#28.0HRC，均符合GB/T 3098.1-2010《 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》中对8.8级、d<16mm 螺栓的要求（22~32HRC）。

3、金相分析

在断裂螺栓螺纹处分别纵向制样，抛光后观察，均无明显的非金属夹杂物。用4% 硝酸酒精溶液侵蚀后观察，四支螺栓螺栓组织均为回火索氏体+ 少量铁素体。四支螺栓螺纹处均有不同程度的脱碳现象[1]，其中1# 螺栓脱碳最为严重，1# 螺栓螺纹处的全脱碳层约0.05mm，2#、3#、4# 螺栓均存在不同程度的脱碳。4# 螺栓靠近断口的螺纹根部有裂纹，深度约0.20mm，裂纹刚直，尾部尖细，周围无脱碳现象，见图6 ～ 10。

4 分析讨论

由宏观断口分析可知，四支螺栓的断口均有疲劳断口的特征，为典型的双向弯曲疲劳断裂。由理化分析可知，四支断裂螺栓的心部硬度均在28.0HRC左右，符合技术要求的22~32HRC。四支断裂螺栓均有不同程度

的脱碳，1# 螺栓螺纹处的全脱碳层深度约0.05mm，超出了GB/T 3098.1-2010《 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》中对8.8级、d<16mm 螺栓的要求（max0.015mm）。4# 螺栓靠近断口的螺纹根部存在裂纹，是断口裂纹扩展到一定程度后产生的次生裂纹。四支螺栓心部纤维流线完整，螺纹表面无明显纤维流线。

综合分析，螺栓断口为疲劳断口，有应力撕裂棱，扩展区贝纹线清晰，间隔较宽；这些现象说明，螺栓在工作时受到了较大的应力。当螺纹根部受到的应力超过其疲劳强度时，就会萌生疲劳源。根据相关人员介绍，机车运行条件差，该型螺栓装配间隙过大，机车在运行过程中，可能会发生松动和位移。螺栓在机车运行过程中承受较大的应力，螺纹根部会形成较大的应力集中。当应力集中超过了螺栓的疲劳极限，会在螺纹根部出现裂纹，出现双向疲劳裂纹。如此往复交替，直至在螺栓中部瞬时断裂。由于螺栓螺纹表面存在脱碳层，1# 螺栓存在超出标准的完全脱碳层，会降低其疲劳强度，使得疲劳更易产生。在4# 靠近断口处螺纹根部发现尾部尖细、两侧无氧化脱碳的裂纹，是次生疲劳裂纹，在螺栓断裂后由于应力释放而停止扩展。

5 结论

该批螺栓是装配间隙过大导致的过大应力引起的疲劳断裂。

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