緊固件作為機械制造領域和工程領域零部件裝配中常見和基礎的一種配件，在緊固結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著巨大的作用。

對于緊固件在其生產(chǎn)、裝配、使用和維修過程中，由于各種因素的影響造成其早期失效時發(fā)生。

對于緊固件常見的失效模式分為淬火開裂、過載斷裂、扭轉(zhuǎn)剪切斷裂、橫向剪切斷裂、疲勞斷裂、氫脆斷裂、腐蝕破壞、蠕變失效及滑牙失效。

01 淬火開裂

螺栓進入調(diào)質(zhì)處理制程，首先需要進行淬火處理，由于工藝不當，采用水淬或淬火油水分都會產(chǎn)生淬火裂紋。

出現(xiàn)淬火裂紋一般與結(jié)構(gòu)設計不合理，如頭下R角太小、材料選擇不當或材料缺陷、預熱處理方式、淬火加熱溫度和速度、淬火冷卻速度、回火方式等。

通常淬火裂紋發(fā)生在頭部棱角，桿部縱向，桿部橫向螺紋牙底等位置，上圖所示的縱向淬火裂紋。

淬火開裂分組織應力和熱應力產(chǎn)生的；組織應力是內(nèi)壓外拉，切向力大于軸向力；而熱應力是內(nèi)拉外壓，軸向力大于切向力。

02 過載斷裂

螺栓裝配及使用過程，發(fā)生的瞬時斷裂的現(xiàn)象，其超出螺栓承受能力發(fā)生螺栓失效的現(xiàn)象。

根據(jù)過載斷裂形式分為韌性過載斷裂與脆性過載斷裂；根據(jù)裝配所受摩擦特性的不同分為低摩擦拉伸斷裂與高摩擦扭轉(zhuǎn)斷裂。

2.1韌性過載斷裂

發(fā)生韌性斷裂顯著的特征是在斷裂處出現(xiàn)明顯的縮頸現(xiàn)象，類似杯錐狀，裝配過程出現(xiàn)一般為摩擦系數(shù)過低或硬度過低。

對于韌性斷口一般表現(xiàn)為：

斷口表面粗糙，色澤灰暗，呈現(xiàn)纖維狀；肉眼可見的塑性變形，斷口邊緣呈45°的剪切唇；微觀特征表現(xiàn)有大量的韌窩。

2.2脆性過載斷裂

發(fā)生脆性斷裂顯著的特征是在斷裂處沒有明顯的塑性特征，與一般的脆性斷裂類似，裝配過程出現(xiàn)一般摩擦系數(shù)較高或硬度較高。

對于斷口一般表現(xiàn)為：

無明顯的塑性變形；斷口呈放射狀，人字花樣；微觀特征表現(xiàn)解理，河流花樣，舌狀花樣，沿晶脆斷，沿晶韌窩。

03 扭轉(zhuǎn)剪切斷裂

當螺栓擰入螺紋孔有異物阻塞或漏裝被連接件等一些情況，阻止螺紋運動，造成扭轉(zhuǎn)剪切受力。發(fā)生斷裂位置與正常過載斷裂位置一致，應力集中點易發(fā)生斷裂。

對于高強度螺栓斷口一般表現(xiàn)為：

軸向不發(fā)生塑性變形；斷口光滑，有明顯的扭轉(zhuǎn)痕跡，終斷口位置較明顯。

04 橫向剪切斷裂

當螺栓承受較大的橫向載荷，如果螺栓選用不當或螺栓未打緊等，在外載的作用致使被連接件產(chǎn)生滑移，在滑移位置形成剪切斷口 。

對于高強度螺栓斷口一般表現(xiàn)為：

軸向不發(fā)生塑性變形；斷口光滑，有明顯的擠壓變形撕裂痕跡；微觀有明顯的齊平韌窩。

05 疲勞斷裂

疲勞斷裂是在交變應力作用下造成的，緊固件通常發(fā)生疲勞斷裂的位置，一般集中在頭下R角處，螺紋與螺桿交匯處，螺紋嚙合的第一顆牙紋處。

對于斷口樣貌包括疲勞源區(qū)，擴展區(qū)和瞬斷區(qū)判別方法：

有向外輻射的疲勞臺階和放射棱線；微觀有明顯撕裂樣貌。

06 氫脆斷裂

氫脆斷裂失效是在實際應力遠低于材料抗拉強度的條件下，經(jīng)過使用一段時間后仍會發(fā)生的零件實然破斷失效。

氫脆宏觀斷口有一般可見的放射棱線、無宏觀的塑性變形、斷口齊平、結(jié)構(gòu)粗糙、色澤灰亮；氫脆斷裂微觀形貌主要為沿晶斷裂，晶粒表面存在撕裂棱（爪狀紋 ）；有的氫脆斷口為準解理．緊固件的強度與硬度越高，氫脆的傾向越大。

一般認為，當硬度小于HRC35時，氫脆傾向明顯減小，在嚴重氫脆環(huán)境下，須小于22HRC。

07 腐蝕破壞

螺栓長期服役后發(fā)生嚴重的銹蝕無法分解、螺栓表面由于環(huán)境腐蝕形成腐蝕坑并誘發(fā)疲勞斷裂等均為常見的腐蝕斷裂形式。

按腐蝕破壞的方式分為：均勻腐蝕、局部腐蝕及腐蝕斷裂。

均勻腐蝕是作用在整個金屬表面上，腐蝕速率大體相同；局部腐蝕說腐蝕在一定的區(qū)域發(fā)生，而腐蝕斷裂是由腐蝕產(chǎn)生的斷裂。

08 蠕變失效

螺栓在高溫環(huán)境并且受拉應力作用，發(fā)生緩慢的塑性變形現(xiàn)象，稱為螺栓的蠕變。蠕變導致螺栓的軸向力變小，當不能抵抗外載能力，即發(fā)生蠕變斷裂。

對于蠕變斷口一般表現(xiàn)為：

多為明顯的氧化色；蠕變斷裂口附近，材料內(nèi)部，特別是裂紋的尖端附近的金相組織上可觀察到明顯的沿晶界的顯微孔洞。

09 滑牙失效

出現(xiàn)滑牙一般為軸向力過大，嚙合長度不夠，螺栓，螺母尺寸不合格，螺紋強度不夠造成的。

軸力過大：安裝扭矩大，摩擦系數(shù)低；嚙合長度不夠：螺紋成型不飽滿，螺紋成型長度不夠；螺栓，螺母尺寸不合格：成型配合剪切面積較小；螺紋強度不夠：螺紋脫碳，原材料不符合，熱處理不當。