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(wèi)同一斷裂件的兩部分(fēn)，斷口吻合。該螺栓規格為(wèi)M24×2×140，性能(néng)等級12.9級，材質(zhì)為(wèi)35CrMo，樣品表面發黑處理(lǐ)。該螺栓安(ān)裝(zhuāng)在車(chē)輛主減速器軸承安(ān)裝(zhuāng)壓蓋上，安(ān)裝(zhuāng)扭矩900N•m，車(chē)輛運行500小(xiǎo)時後發現螺栓斷裂。圖1所示為(wèi)送檢的失效螺栓與完好螺栓宏觀形貌，可(kě)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(wèi)經去油污處理(lǐ)後的斷面宏觀照片，可(kě)見兩斷面上部區(qū)域均有(yǒu)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，該處鏽蝕特别嚴重，圓心外圍則腐蝕相對較輕，呈灰褐色，扇形區(qū)域之外為(wèi)新(xīn)鮮斷口。從斷面條紋走向可(kě)知斷裂源區(qū)即為(wèi)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，經比對發現，位于兩斷面上的扇形腐蝕區(qū)的外形完全吻合，這說明腐蝕發生在斷口分(fēn)離之前，所以可(kě)排除由于斷口後期保存不當造成腐蝕的可(kě)能(néng)。
圖2 斷面宏觀形貌
2. 掃描電(diàn)鏡斷口分(fēn)析
圖3所示為(wèi)斷面掃描電(diàn)鏡宏觀形貌，圖中(zhōng)所示A區(qū)為(wèi)斷裂源區(qū)，即為(wèi)圖2中(zhōng)所示的扇形腐蝕區(qū)的圓心位置，另外可(kě)見裂紋源外側的螺紋面上也有(yǒu)腐蝕造成的麻坑。
圖3 斷裂源區(qū)宏觀形貌
圖4所示為(wèi)裂紋源區(qū)外側螺紋面上的形貌，可(kě)見由腐蝕造成的麻坑
圖5所示為(wèi)裂紋源區(qū)能(néng)譜分(fēn)析結果，可(kě)見斷面腐蝕産(chǎn)物(wù)中(zhōng)含有(yǒu)Cl、S等元素。
圖6、圖7所示為(wèi)經清洗後的裂紋源區(qū)微觀照片，可(kě)見冰糖狀沿晶形貌，并伴有(yǒu)晶界二次裂紋，圖7所示還可(kě)見晶面上有(yǒu)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(wèi)斷面快速擴展區(qū)微觀形貌，可(kě)見準解理(lǐ)形貌。
圖8 斷面快速擴展區(qū)微觀形貌
圖9所示為(wèi)試樣斷面終斷區(qū)微觀形貌，可(kě)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(wèi)斷裂螺栓芯部金相組織，為(wèi)回火索氏體(tǐ)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(wù)評定，根據“GB-T 10561-2005 鋼中(zhōng)非金屬夾雜物(wù)含量的測定标準”可(kě)評定為(wèi)D類（球狀氧化物(wù)夾雜，細系）1.5級。
圖11 斷裂螺栓非金屬夾雜物(wù)評定
圖12所示為(wèi)斷裂螺栓完好螺紋處金相組織，可(kě)見螺紋牙側碳勢正常，螺紋牙頂存在折疊，但折疊深度未超過牙高的1/4，根據“GB/T 5779.1-2000”規定，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
對斷裂螺栓進行硬度試驗，結果如表1所示，螺栓芯部硬度已接近“GB/T 3098.1-2010緊固件機械性能(néng) 螺栓、螺釘和螺柱”标準中(zhōng)對12.9級螺栓硬度要求的上限。
表1 斷裂螺栓硬度檢測結果
5. 螺栓材質(zhì)分(fēn)析
表2 斷裂螺栓化學(xué)成分(fēn)
采用(yòng)直讀光譜法對斷裂螺栓進行化學(xué)成分(fēn)分(fēn)析，結果如表2所示，化學(xué)成分(fēn)符合“GB/T3077-1999”标準中(zhōng)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(fēn)别進行氫含量檢測，結果如表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(gōng)藝未導緻明顯的滲氫，裂紋源處的氫應來自外來介質(zhì)腐蝕。
表3 螺栓氫含量檢測
7．綜合分(fēn)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(wèi)沿晶、準解理(lǐ)形貌，為(wèi)脆性斷裂；裂紋源位于螺紋牙底，該處腐蝕嚴重，能(néng)譜分(fēn)析顯示腐蝕産(chǎn)物(wù)中(zhōng)含有(yǒu)Cl、S等元素；氫含量檢測結果表明，裂紋源處氫含量較高，其餘部位較低，完好螺栓也未見滲氫。斷面微觀形貌顯示，裂紋源處為(wèi)沿晶斷口，并伴有(yǒu)晶間二次裂紋及晶面雞爪痕，呈氫脆斷裂特征。綜上分(fēn)析可(kě)知，螺栓是受到外來物(wù)質(zhì)腐蝕後，導緻局部滲氫并引起氫脆斷裂。
8. 結論。
一、螺栓的斷裂性質(zhì)為(wèi)氫脆；
二、引起螺栓氫脆斷裂的原因是螺栓受到外來介質(zhì)腐蝕而導緻局部滲氫；
三、螺栓化學(xué)成分(fēn)、硬度均符合标準要求，金相組織正常。
