一起来给这个车架螺栓断裂查找原因吧！

      现有断裂单头螺栓残件四枚，未安装完好螺栓若干，该批螺栓材质为35CrMo，规格为M14，性能等级为12.9级，螺栓制造工艺为：冷镦—滚丝—热处理-涂防锈油。据反映，螺栓安装于车辆后副车架后安装点，安装工艺为：螺栓先焊接到后纵梁，随整车进行涂装，总装副车架合装后，使用螺母拧紧，安装扭矩为180±20N·m，未涂油。4S店进行售前PDI检测时发现送检螺栓断裂 ，要求分析其失效原因。图1所示为螺栓安装部位示意图，可见螺母未发生松动，组合件未发现明显的锈蚀痕迹。图2所示为螺栓宏观形貌，将四枚失效件分别标记为1#、2#、3#和4#，可见失效件存在两处断裂位置，一处为螺栓头杆连接处（1#、2#、4#），一处为光杆部位（3#），断口附近均未发现明显的塑性变形。失效螺栓表面喷涂油漆，未安装完好螺栓表面发黑处理。图3所示为完好螺栓头部宏观形貌，可见螺栓头部与隔板经焊接固定。

      选取具有代表性的两枚螺栓残件2#、3#进行重点分析。图4所示2#断口低倍形貌，断口平整，无明显塑性变形，并可见明显的锈蚀痕迹。断面存在明显的放射状条纹，收敛于断口边缘（箭头所示）。将断口分为A1、B1、C1、D1四个区域进一步描述。

图4  2#断口低倍形貌

      图5所示为A1区微观形貌，断面存在明显的覆盖物，隐约可见沿晶形貌。图6所示为A1区能谱分析结果，该区域存在大量氧元素，并存在少量氯、硫、钠、铬、硅等元素。

      图7所示为B1区微观形貌，可见明显的沿晶形貌+准解理形貌，并伴随晶间二次裂纹，局部区域存在覆盖物。图8所示为B1区能谱分析结果，该区域存在大量氧元素，并存在少量氯、硫、钠、硅等元素。

      图9所示为C1区微观形貌，可见明显的沿晶形貌+准解理形貌，并伴随晶间二次裂纹，局部区域存在覆盖物。图10所示为C1区能谱分析结果，该区域存在大量氧元素，并存在少量氯、硫等元素。

      图11所示为D1区微观形貌，可见明显的沿晶形貌+准解理形貌，并伴随晶间二次裂纹。

图11  D1区微观形貌

      图12所示3#断口低倍形貌，断口平整，无明显塑性变形，并可见明显的锈蚀痕迹。断面隐约可见放射状条纹，条纹收敛于断口边缘（箭头所示）。将断口分为A2、B2、C2、D2四个区域进一步描述。

图12  3#断口低倍形貌

      图13所示为A2区低倍形貌，可见断口边缘存在明显的凹坑缺陷。图14所示为A2区微观形貌，断面存在明显的覆盖物，隐约可见沿晶形貌。图15所示为A2区能谱分析结果，可见该区域存在大量氧元素，并存在少量氯、硫、钙、硅等元素。

      图16所示为B2区微观形貌，可见明显的沿晶形貌+准解理形貌，并伴随晶间二次裂纹，局部区域存在覆盖物。图17所示为B2区能谱分析结果，可见该区域存在大量氧元素，并存在少量氯、硫、铬、硅等元素。

      图18所示为C2区微观形貌，可见明显的沿晶形貌+准解理形貌，并伴随晶间二次裂纹。

图18  C2区微观形貌

      图19所示为D2区微观形貌，可见明显的沿晶形貌+准解理形貌，并伴随晶间二次裂纹。

图19  D2区微观形貌

      截取2#螺栓起裂处纵截面进行金相观察，如图20所示，可见起裂处边缘存在深度约0.05mm的异常组织（方框所示），同时螺栓表面存在深度约0.6mm的增碳层。

图20  2#螺栓起裂处金相组织

      图21所示为起裂处边缘异常组织的高倍形貌，可见该部分显微组织为马氏体，且表面存在明显的腐蚀坑及微裂纹。起裂区为螺栓头杆连接处，靠近螺栓头部与隔板焊接位置，因此该异常组织应为焊接引起的热影响区。

图21  异常组织高倍形貌

      图22、图23所示为断口附近金相组织，可见裂纹走势蜿蜒，断面附近未发现明显的脱碳或増碳现象，未见明显的分支裂纹。

      图24所示为2#螺栓芯部显微组织，为均匀的回火索氏体，无异常。

图24  2#螺栓芯部显微组织

      图25所示为2#螺栓非金属夹杂物形态，根据“GB/T 10561-2005”标准规定，判定为D类球状氧化物（细系）1级，无异常。

图25  2#螺栓非金属夹杂物形态

      在3#螺栓起裂凹坑处截取纵截面进行金相观察，如图26所示，可见起裂处边缘存在深度约0.1mm的异常组织（方框所示），同时螺栓表面存在深度约0.6mm的增碳层。

图26  3#螺栓起裂处金相组织

      图27所示为3#螺栓起裂处边缘异常组织的高倍形貌，可见该部分显微组织为马氏体，且存在明显的凹陷现象。图28、图29所示为3#螺栓远离断口的杆部表面组织，可见大量的凹坑缺陷，凹坑周围显微组织同样为马氏体。3#螺栓起裂区为杆部，远离螺栓头部与隔板焊接位置，因此该异常组织可能为焊接引起的烧伤组织。

      图30所示为3#螺栓芯部显微组织，为均匀的回火索氏体，无异常。

图30  3#螺栓芯部显微组织

      图31所示为3#螺栓非金属夹杂物形态，根据“GB/T 10561-2005”标准规定，判定为D类球状氧化物（细系）1级，无异常。

图31  3#螺栓非金属夹杂物形态

      截取完好螺栓头部纵截面进行金相观察，低倍组织如图32所示，头下圆角处金相组织如图33所示，焊接热影响区仅限于头部表面，未影响至头下圆角处，螺栓表面存在明显的増碳层。

      对失效螺栓断口附近异常组织区、表面増碳区、芯部分别进行显微硬度检测，结果如表1所示，可见异常组织区硬度明显高于其他区域，同时増碳区硬度超过“GB/T 3098.1-2010”标准中关于12.9级螺栓表面硬度的上限（≤435HV）。

表1 失效螺栓硬度检测结果

      任选四枚完好螺栓进行拉力试验，抗拉强度分别为1281MPa、1327MPa、1284MPa、1279MPa，断裂位置为未旋合的螺纹长度内，均符合“GB/T 3098.1-2010”标准中关于12.9级螺栓抗拉强度的要求（≥1220MPa）。

      对四枚完好螺栓分别进行表芯硬度测试，结果如表2所示，均符合“GB/T 3098.1-2010”标准中关于12.9级螺栓的相关要求。

表2 完好螺栓硬度检测结果

      采用碳硫分析仪对2#失效螺栓与任选一枚完好螺栓分别进行化学成分分析，结果如表3所示，符合“GB/T 3077-2015”标准中关于35CrMo钢的规定。

表3 螺栓化学成分（%）

      采用测氢仪测定失效螺栓断口附近氢含量， 2#螺栓基体氢含量为1.3ppm，3#螺栓基体氢含量为1.1ppm，无异常。

      您觉得这个螺栓断裂的原因是什么呢？欢迎大家踊跃留言发表自己的看法。