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2023.08.15 ​失效分析基础 ｜ 韧性断裂

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失效分析基础

紧固件产品失效可分为断裂失效和非断裂失效，在各类紧固件产品中，外螺纹紧固件(螺栓)是发生失效最多的一类。

螺栓作为起承载力作用的连接部件，其服役过程中通常是处于静止状态，较少发生磨损失效行为，其最常见的失效表现形式是由断裂或松动而引起的承载能力丧失。因此，针对断裂失效，断口分析是紧固件的失效分析工作中的重要内容。

外螺纹紧固件的断裂可分为韧性断裂和脆性断裂两种形式。

韧性断裂 ｜ 韧性断裂时，紧固件会发生明显的变形，并在变形中吸收能量，通常是由于外部载荷超出了紧固件的承载能力而引起的，如设计不当或服役过程中出现异常情况等。

脆性断裂 ｜ 脆性断裂的紧固件一般不会发生明显的塑性变形，而且断裂通常是在服役过程中毫无征兆地发生，因此，相比韧性断裂，脆性断裂的危害更大。

在进行汽车紧固件的失效分析时，区分失效紧固件的韧性断裂和脆性断裂对后续的分析工作起着关键的作用。

韧性断裂

外螺纹紧固件的韧性断裂是其承受超出自身承载能力的载荷时发生的一种正常断裂模式。在韧性断裂过程中紧固件会通过不同程度的变形来吸收能量，根据外力的作用形式不同，可分为拉伸、剪切和扭转3种韧性断裂模式，这3种断裂形式的断口也存在不同之处。

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韧性拉伸断口 ｜ 轴向拉伸力是外螺纹紧固件产品最常见的受力模式，断裂通常发生在螺栓承载能力最薄弱的位置，如截面积最小的螺纹部位，其断裂位置通常会有明显的拉长和颈缩，断口表面粗糙呈纤维状，不反射光线。

某些强度较高，如12.9级的紧固件，在受拉伸过载断裂时，其断口附近的变形一般不太明显，某些断口表面可能会有起源于螺纹底部的放射条纹，但只要是正常韧性断裂断口，其断面形貌一定是灰色纤维状，在光线照射下不会有反射光线的小刻面。

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韧性剪切断口 ｜ 螺栓的正常受力状态以轴向为主，但在某些特殊情况下，如连接副松动后，螺栓可能受剪切力作用。

韧性剪切断口宏观上较为平整、光滑，断口附近宏观塑性变形不明显，微观可见平行于剪切方向的剪切韧窝。

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韧性扭转断口 ｜ 扭转断口也是螺栓常见的断口形式，韧性扭转断口通常较为平整且垂直于螺栓轴向，断面外围可见圆周方向的扭转痕迹。

当扭转过程中螺栓还承受轴向力时，在扭转痕迹的包围区中间还会出现岛状的韧性拉伸区域。微观可见断口四周有沿扭转方向分布的剪切韧窝。