固定塔吊標準節六角頭螺栓，規格為M30×345，表面電鍍黃鋅，材質為35CrMo，用于固定一臺63t•m塔吊標準節，在服役大約5個月后斷裂，斷裂螺栓有塑性變形，可能有過載。使用期間在檢修過程中曾發現螺栓松動，并進行過擰緊處理。

   對斷裂件檢查，圖1所示為斷裂螺栓，可見斷裂面位于螺紋收尾處牙底。

圖11-1 螺栓斷裂形貌

   斷口檢查，圖11-2為斷口宏觀形貌，可見斷口附近無明顯宏觀塑性變形，斷面上部平坦表面有清晰的疲勞弧線花樣，其面積約占整個斷面面積的一半；下部斷面與螺栓軸向約成450。可見，該斷口為典型的疲勞斷口，疲勞源位于圖11-1所示螺紋牙底。

圖11-2 斷面宏觀形貌

圖11-3所示為斷口疲勞源區掃描電鏡形貌，可見表面有明顯磨損痕跡。圖11-4所示為疲勞擴展區宏觀形貌，可見疲勞弧線。

圖11-3 疲勞源區電鏡形貌               圖11-4 疲勞裂紋擴展區宏觀形貌

圖11-5疲勞擴展區微觀形貌，可見疲勞條帶，間距約為2μm。圖11-6為最終斷裂區微觀形貌，可見一系列等軸韌窩。

圖11-5 疲勞裂紋擴展區微觀形貌            圖11-6 瞬斷區微觀形貌

金相檢查，除上述已經斷裂的主裂面外，在未斷裂的殘件上與主裂面起裂處同一側的螺紋牙底也發現了一條裂紋，如圖11-7所示。

                                   圖11-7 裂紋宏觀形貌  

沿螺栓軸向將螺栓剖開，觀察裂紋的橫截面，發現該裂紋走勢挺直，無分支裂紋，兩側有鋸齒狀擠壓痕跡，裂紋開口處的螺紋牙底無折疊缺陷；經腐蝕后發現螺紋牙底有脫碳跡象，裂紋兩側碳勢正常，分別如圖11-8、圖11-9所示。

圖11-10所示為螺栓金相組織，為回火索氏體和少量鐵素體。

圖11-8  裂紋橫截面宏觀形貌              圖11-9 裂紋橫截面金相  

                    圖11-10 螺栓金相組織

   采用直讀光譜法對螺栓進行化學成分分析，其化學成分符合相關標準中對35CrMo鋼的要求，

   對斷裂螺栓進行力學性能檢測，受檢各項指標均符合標準《GB/T 3098.1-2010》的規定如表11-1。

        表11-1   斷裂螺栓力學性能檢測值

圖11-11  螺紋表面硬度分布

螺栓斷面宏觀上存在明顯的疲勞弧線花樣，為典型的疲勞斷裂，瞬斷區面積約占螺栓橫截面積的一半，由此可推斷螺栓斷裂時承受中等應力，結合螺栓的實際安裝、使用情況可知，每一節標準節均由8個螺栓固定，以兩個為一組來固定其中的一個角。安裝時憑工人經驗來預緊，這就很難保證所有螺栓預緊力一致，實際工況中經常出現螺栓松動的情況。塔吊在運行過程中，由于頻繁起重及轉動，使螺栓除受軸向預緊力外還額外受到交變彎曲及剪切載荷，當其中一個螺栓松動時，另外一個螺栓勢必將承受更大載荷而使其在屈服狀態下工作。

螺栓服役期間，在檢修過程中曾發現螺栓松動，并進行過擰緊處理，這極有可能因過載使螺栓產生塑性變形。

由于螺栓表面脫碳使其疲勞強度降低，螺栓在上述工作狀態中，在過載應力作用下，首先在應力集中的牙底產生微裂紋，微裂紋在交變彎曲載荷下成為疲勞裂紋源；裂紋產生后在交變彎曲載荷下不斷擴展直至螺栓發生失穩疲勞斷裂。

根據以上分析，可以得出如下結論與啟示：

（1）螺栓斷裂性質為疲勞斷裂。

（2）故障螺栓表面脫碳使其疲勞強度降低，安裝過載造成牙底產生微裂紋，微裂紋在交變彎曲載荷下成為疲勞裂紋源，裂紋在交變彎曲載荷下不斷擴展至螺栓疲勞斷裂。

（3）螺栓安裝時按規定的扭矩預緊，并嚴格按規定的順序安裝，使各個螺栓達到一致的預緊力。

（4）增加檢修頻次，發現松動螺栓應及時擰緊或者進行更換。

（5）防止安裝過載和檢修擰緊過載，當發現螺栓變形應及時更換。