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现提供制动机紧固螺栓断裂件一枚，规格为M20×260，性能等级为12.9级。据反映，螺栓安装于制动机与构架连接处，安装工艺为初始预紧扭矩350N·m，再施加紧固扭矩530N·m，实际安装过程中当施加扭矩未达350N·m时即发生螺栓断裂现象，失效概率约为3%，现要求分析螺栓断裂原因。图1所示为试样宏观形貌，断裂位置为头杆连接处，螺纹及杆部镀层完整，未发现明显磨损或锈蚀痕迹。
图1 试样宏观形貌
图2所示为失效螺栓断口宏观形貌，断面粗糙，存在明显的锈蚀现象，断口附近未发现明显塑性变形痕迹，将断面分为A、B、C、D四个区域进一步描述。
图2 断口宏观形貌
图3所示为断面A区微观形貌，隐约可见边界圆滑的沿晶轮廓。
图3 断面A区微观形貌
图4所示为断面B区微观形貌，隐约可见边界圆滑的沿晶轮廓。
图4 断面B区微观形貌
图5所示为断面C区微观形貌，部分断面可见明显的沿晶形貌，部分断面隐约可见边界圆滑的沿晶轮廓。
图5 断面C区微观形貌
图6所示为断面D区微观形貌，可见明显的韧窝形貌。
图6 断面D区微观形貌
图7所示为失效螺栓头部金属流线低倍与高倍形貌，低倍形貌可见金属流线左右对称不良，高倍形貌可见金属流线存在明显的弯曲现象，同时局部流线发生断裂。
图7 失效螺栓头部金属流线
图8所示为断裂源区纵向金相组织，可见断裂并不是发生于头杆连接处，而是起源于六角头内部，源区附近可见大量二次裂纹，裂纹内部存在厚度约6μm的氧化层。
图9所示为失效螺栓断裂扩展区纵向金相组织，可见断面走势蜿蜒曲折，无明显脱碳，同时断口附近可见大量微裂纹缺陷。
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图8 失效螺栓断裂源区金相组织
图9 失效螺栓断裂扩展区金相组织
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图10所示为失效螺栓断口附近横截面显微组织，为回火索氏体组织，无异常。
图10 失效螺栓断口附近横截面显微组织
图11所示为失效螺栓断口附近非金属夹杂物形态，根据“GB/T 10561-2005”标准规定，判定为A类硫化物（细系）2.5级，D类球状氧化物（细系）0.5级。
图11 断口附近非金属夹杂物形态
图12所示为失效螺栓断口附近纵截面金相组织，可见存在明显的带状偏析。
图12 断口附近纵截面金相组织
图13所示为断口附近横截面低倍组织，根据“GB/T 1979-2001”标准规定，判定为一般疏松2级。
图13 断口附近横截面低倍组织
对螺栓进行力学性能试验，结果如表1所示，各项指标均满足“ISO 898-1:2013”标准中关于12.9级螺栓的要求。
表1 螺栓力学性能测试
采用直读光谱法对试样进行化学成分分析，结果如表2所示，化学成分符合“GB/T 3077-1999”标准关于42CrMo钢的规定。
表2 试样化学分析（%）
原因分析与结论
通过以上分析，大家认为制动机紧固螺栓断裂的原因到底是什么呢？？？
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