1. 概述
委托方提供兩枚斷裂螺栓殘件及兩件同批次完好螺栓，兩殘件為同一斷裂件的兩部分，斷口吻合。該螺栓規(guī)格為M24×2×140，性能等級12.9級，材質(zhì)為35CrMo，樣品表面發(fā)黑處理。該螺栓安裝在車輛主減速器軸承安裝壓蓋上，安裝扭矩900N?m，車輛運(yùn)行500小時后發(fā)現(xiàn)螺栓斷裂。圖1所示為送檢的失效螺栓與完好螺栓宏觀形貌，可見斷裂位置位于螺紋部位，斷面垂直于螺栓軸向，斷面附近無明顯宏觀塑性變形。
圖1 送檢螺栓宏觀形貌
圖2所示為經(jīng)去油污處理后的斷面宏觀照片，可見兩斷面上部區(qū)域均有一扇形腐蝕區(qū)，扇形腐蝕區(qū)的圓心位于斷口邊緣的螺紋處，該處銹蝕特別嚴(yán)重，圓心外圍則腐蝕相對較輕，呈灰褐色，扇形區(qū)域之外為新鮮斷口。從斷面條紋走向可知斷裂源區(qū)即為扇形腐蝕區(qū)的圓心位置，該部位正好位于螺紋牙底。值得注意的是，經(jīng)比對發(fā)現(xiàn)，位于兩斷面上的扇形腐蝕區(qū)的外形完全吻合，這說明腐蝕發(fā)生在斷口分離之前，所以可排除由于斷口后期保存不當(dāng)造成腐蝕的可能。
圖2 斷面宏觀形貌
2. 掃描電鏡斷口分析
圖3所示為斷面掃描電鏡宏觀形貌，圖中所示A區(qū)為斷裂源區(qū)，即為圖2中所示的扇形腐蝕區(qū)的圓心位置，另外可見裂紋源外側(cè)的螺紋面上也有腐蝕造成的麻坑。
圖3 斷裂源區(qū)宏觀形貌
圖4所示為裂紋源區(qū)外側(cè)螺紋面上的形貌，可見由腐蝕造成的麻坑
圖5所示為裂紋源區(qū)能譜分析結(jié)果，可見斷面腐蝕產(chǎn)物中含有Cl、S等元素。
圖6、圖7所示為經(jīng)清洗后的裂紋源區(qū)微觀照片，可見冰糖狀沿晶形貌，并伴有晶界二次裂紋，圖7所示還可見晶面上有少量雞爪痕。
圖6 斷裂源區(qū)微觀形貌
圖7 斷裂源區(qū)微觀形貌
圖8所示為斷面快速擴(kuò)展區(qū)微觀形貌，可見準(zhǔn)解理形貌。
圖8 斷面快速擴(kuò)展區(qū)微觀形貌
圖9所示為試樣斷面終斷區(qū)微觀形貌，可見韌窩形貌。
圖9 斷面終斷區(qū)微觀形貌
3. 金相檢測
圖10所示為斷裂螺栓芯部金相組織，為回火索氏體組織。
圖10 試樣芯部金相組織
圖11所示斷裂螺栓縱向剖面非金屬夾雜物評定，根據(jù)“GB-T 10561-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)”可評定為D類（球狀氧化物夾雜，細(xì)系）1.5級。
圖11 斷裂螺栓非金屬夾雜物評定
圖12所示為斷裂螺栓完好螺紋處金相組織，可見螺紋牙側(cè)碳勢正常，螺紋牙頂存在折疊，但折疊深度未超過牙高的1/4，根據(jù)“GB/T 5779.1-2000”規(guī)定，此類折疊允許存在，且牙頂折疊不是造成螺栓斷裂的原因。
圖12 斷裂螺栓螺紋金相
4. 硬度檢測
對斷裂螺栓進(jìn)行硬度試驗，結(jié)果如表1所示，螺栓芯部硬度已接近“GB/T 3098.1-2010緊固件機(jī)械性能 螺栓、螺釘和螺柱”標(biāo)準(zhǔn)中對12.9級螺栓硬度要求的上限。
表1 斷裂螺栓硬度檢測結(jié)果
5. 螺栓材質(zhì)分析
表2 斷裂螺栓化學(xué)成分
采用直讀光譜法對斷裂螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2所示，化學(xué)成分符合“GB/T3077-1999”標(biāo)準(zhǔn)中對35CrMo鋼的要求，如表2所示。
6. 螺栓氫含量測定
對斷裂件及完好件分別進(jìn)行氫含量檢測，結(jié)果如表3所示。完好螺栓氫含量較低，斷裂螺栓芯部氫含量也未見明顯異常，唯獨裂紋源附近氫含量較高，這說明螺栓的制造工藝未導(dǎo)致明顯的滲氫，裂紋源處的氫應(yīng)來自外來介質(zhì)腐蝕。
表3 螺栓氫含量檢測
7．綜合分析
斷裂螺栓斷口附近未見明顯宏觀塑性變形，斷面大面積為沿晶、準(zhǔn)解理形貌，為脆性斷裂；裂紋源位于螺紋牙底，該處腐蝕嚴(yán)重，能譜分析顯示腐蝕產(chǎn)物中含有Cl、S等元素；氫含量檢測結(jié)果表明，裂紋源處氫含量較高，其余部位較低，完好螺栓也未見滲氫。斷面微觀形貌顯示，裂紋源處為沿晶斷口，并伴有晶間二次裂紋及晶面雞爪痕，呈氫脆斷裂特征。綜上分析可知，螺栓是受到外來物質(zhì)腐蝕后，導(dǎo)致局部滲氫并引起氫脆斷裂。
8. 結(jié)論。
一、螺栓的斷裂性質(zhì)為氫脆；
二、引起螺栓氫脆斷裂的原因是螺栓受到外來介質(zhì)腐蝕而導(dǎo)致局部滲氫；
三、螺栓化學(xué)成分、硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，金相組織正常。
