摘要:某 40CrMo 12.9級(jí)高強(qiáng)度內(nèi)六角圓柱螺栓在使用過(guò)程中發(fā)生斷裂，使用光電直讀光譜儀、光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)斷裂螺栓的化學(xué)成分、顯微組織以及斷口形貌等進(jìn)行了分結(jié)果表明:該螺栓斷裂為因與酸性介質(zhì)接觸導(dǎo)致氫滲入而引起的氫脆斷裂

關(guān)鍵詞:螺栓;斷裂;氫脆

中圖分類號(hào) :TG l1l. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :B 文章編號(hào): 1 001-4012 ( 2013) 08-0560-0 3

某公 司生產(chǎn)的規(guī)格為 M8 mm X 50 mm 12. 9級(jí)內(nèi)六角圓柱螺栓， 材料為 42CrMo ，用于 固定某醫(yī)療器械 作臺(tái)，安裝扭矩為 50 N • m，螺 面發(fā)黑 涂油處理 安裝時(shí)在螺紋上涂有罔定膠 水，安裝 個(gè)月后發(fā)現(xiàn)!螺栓斷裂 查明該螺栓 斷裂原因，筆者對(duì)其取樣進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析。

1 理化檢驗(yàn)

1. 1 宏觀分析

圖1所示為螺栓斷裂殘件宏觀形貌，另一部分 斷裂殘件在現(xiàn)場(chǎng)未能找到，可見(jiàn)斷口位于螺紋牙底， 斷面有銹蝕，螺紋部位有白色膠水殘留。

1. 2 斷口分析

圖2所示為螺栓斷口掃描電鏡形貌，可見(jiàn)斷口 元明顯塑性變形，表面 有銹蝕和收斂于斷口左上部 邊緣的放射狀條紋，根據(jù)條紋走向可判斷起裂源位于螺栓邊緣 圖3所示為裂紋源處斷口敝觀形貌， 為典型的冰糖狀沿品斷口，沿晶面上有明顯的雞爪 痕，并伴有品間二次裂紋.

• 圖4所示為裂紋源外側(cè)螺紋面微觀形貌，可見(jiàn) 部分區(qū)域表面氧化層己經(jīng)剝落，剝落處表面有針孔 狀酸腐蝕痕跡 .圖5所示為斷口心部微觀形貌，為 冰糖狀沿晶斷口，晶面上有 大量雞爪痕 。圖6所示 為斷口終斷區(qū)微觀形貌，為韌窩和沿品 昆合斷口。

1. 3 化學(xué)成分分析

采用直讀光譜儀對(duì)螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié) 果如 表1所示。對(duì)照 GB /T3077 1999 (( 合金結(jié)構(gòu) 銅川才 42CrMo 鋼成分的技術(shù)要求，可見(jiàn)該斷裂螺栓 的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1. 4 氫含量測(cè)定

對(duì)斷裂螺栓殘件進(jìn)行氫含量測(cè)定，結(jié)果(質(zhì)量分 數(shù))如下:斷裂部位 0. 000 97 %，螺栓其他部位 0.00049% 可見(jiàn)該螺栓材料中氫含量較高，且斷 裂部位的氫含量高于螺栓其他部位，說(shuō)明己有較多 的氫由螺栓斷裂部位滲入螺栓內(nèi)部。對(duì)于 12. 高強(qiáng)度螺栓，氫含量達(dá)到 0.0005% 以上就有可能引 發(fā)氫脆，而該斷裂螺栓的氫含量已遠(yuǎn)高于氫脆敏 感值

1. 5 金相檢驗(yàn)

將斷裂螺栓沿軸向剖開(kāi)制成金相試樣，用 4% (體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精溶液侵蝕 可見(jiàn)其螺紋底部無(wú) 折疊缺陷，表面碳勢(shì)正常，如圖 7所示.圖8 所示為 螺栓心部顯微組織，為回火索氏體和少量塊狀鐵 素體。

2 綜合分析

以上分析結(jié)果表明，螺栓斷口無(wú)明顯宏觀塑性 變形，斷口微觀形貌以冰糖狀沿晶斷裂為主，沿品面 上有大量雞爪形撕裂紋，為典型的氫脆斷口形貌;結(jié)合氫含量測(cè)定結(jié)果可以判定，該螺栓斷裂性質(zhì)為 氫脆。

氫脆斷裂 是緊固件產(chǎn)品比較常見(jiàn)的一種失 效形式，是零件在低于材料屈服強(qiáng)度的靜應(yīng)力作用 下因氫含量較高而導(dǎo)致的一種失效。它是由于氫滲 入金屬內(nèi)部導(dǎo)致的損傷，具有突發(fā)性，因此氫脆斷裂 具有極大的破壞性。產(chǎn)生氫脆的因素主要與氫含量 高有關(guān)，但也與鋼的碳含量、顯微組織、強(qiáng)度以及零 件所受應(yīng)力等因素有關(guān)。鋼的強(qiáng)度越高，所受應(yīng)力 越大，則氫脆敏感性就越高，特別是 12.9 級(jí)高強(qiáng)度 螺栓，其氫脆敏感性遠(yuǎn)高于 10. 9級(jí)螺栓。

斷口附近螺紋面局部氧化層剝落處可見(jiàn)針孔狀 腐蝕形貌，說(shuō)明螺栓與酸性介質(zhì)接觸，表面己發(fā)生了 腐蝕 該螺栓的生產(chǎn) 工藝流程為:盤(pán)圓退火+酸洗 →拉絲→墩制成型→碎火→回火→發(fā)黑處理→檢驗(yàn) 入庫(kù) 其中的酸洗和發(fā)黑工 藝中材料均會(huì)與酸性介 質(zhì)接觸，若酸洗時(shí)間、溫度、酸的濃度等控制不巧就 會(huì)導(dǎo)致氫滲入其中，加上 沒(méi)有后續(xù)的 去氫處理，就極 易導(dǎo)致氫脆的發(fā)生。

3 結(jié)論及建議

(1)螺栓斷裂是由于與酸性介質(zhì)接觸導(dǎo)致氫滲 入而引起的氫脆斷裂。

(2) 建議廠商及使用方追溯螺栓 生產(chǎn) 和使用流 程，排查可能接觸酸性介質(zhì)的環(huán)節(jié);若設(shè)計(jì)允許，建 議使用強(qiáng)度等級(jí)較低的螺栓，降低螺栓的氫脆敏 感性

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<文章來(lái)源>材料與測(cè)試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>49卷>8期(pp:560-562)>