1、测试背景
客户悬挂连接螺栓（双头螺栓）见图1，在装配过程中用定值扭力扳手（70Nm）打扭力时，未达额定值即发生早期断裂。根据客户要求，对送检断裂螺栓进行失效分析测试，以期找出螺栓断裂原因。
图1 断裂悬挂连接螺栓样品图
2、样品信息
螺栓材质为45钢，加工工艺为：原材裁切→冷镦成型→机加工螺纹→热处理（淬火+回火）→表面发黑处理。
3、测试流程、项目及设备信息
4、测试结果分析
4.1宏观形貌观察
断裂位置为六角螺帽与铸铝支架侧螺柱端连接处，螺柱端断口呈笔尖状，螺帽端断口呈锥形凹坑；断面整体呈灰黑色，裂纹起源于螺帽端芯部（A位置），沿中部（B位置）扩展至螺帽与螺柱连接处表面（C位置）。
图2 断口宏观形貌图
4.2微观形貌观察及成分分析
裂纹源A位置可观察到较多气孔和一些小韧窝；扩展区B位置可观察到一些剪切韧窝；终断区C位置存在一些磨损（因位置靠近边缘，可能为断裂后人为磨损），部分位置可观察到细小的等轴韧窝，断面整体为韧性断裂。
图3 断口微观形貌图
4.3截面切片观察
1.断裂螺栓螺帽芯部（位置Ⅰ）、裂纹源处（位置Ⅱ）和螺柱端横截面均可观察到大小不一的气孔缺陷（部分气孔边缘存在微裂纹），观测面最大气孔尺寸长达632μm。
2.螺帽端芯部（位置Ⅰ）组织为珠光体+沿晶界分布的铁素体，强度较低；螺帽端表面（位置Ⅲ）组织为回火索氏体。
图4 断口截面切片+金相组织图
4.4基材成分分析
悬挂连接螺栓材质成分见表1，符合GB/T699-2015中45钢成分规格。
表1 基材成分结果表（%，质量百分比）
4.5材质硬度分析
参照客户所给硬度规格，螺帽端芯部硬度偏低，未达到客户规格要求。
5、结论与建议
结论：
综上所述：悬挂连接螺栓由于螺帽端芯部存在较大气孔、气孔边缘存在微裂纹等缺陷，伴随芯部组织不均匀、硬度偏低等异常；螺栓在预紧过程中承受轴向应力，在芯部缺陷处产生应力集中，超过芯部材料强度极限，形成裂纹源，进而向外扩展发生断裂。
建议：
1.加强悬挂连接螺栓的原材料品质管控，对来料是否有缺陷进行严格的检查，保证内部质量；
2.改善热处理工艺（适当延长淬火保温时间），保证悬挂连接螺栓芯部和表面的组织及硬度的均匀性一致。
