金相分析

將斷裂螺栓沿軸向剖開制成金相試樣，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，其螺紋底部無折疊缺陷，牙頂有輕微折疊，表面碳勢(shì)正常，如圖12-8所示。

圖12-9 所示為螺栓心部組織，為回火索氏體和少量鐵素體。

圖12-8  螺紋處表層金相組織                圖12-9 螺栓心部金相組織

螺栓斷口無宏觀塑性變形，斷口微觀形貌以冰糖狀沿晶斷裂為主，晶面上有大量雞爪痕撕裂紋，為典型的氫脆斷口形貌；結(jié)合氫含量檢測(cè)可判定該螺栓斷裂性質(zhì)為氫致延遲斷裂。

氫脆斷裂是緊固件產(chǎn)品失效比較常見的形式，零件在低于材料屈服極限的靜應(yīng)力作用下導(dǎo)致的突發(fā)斷裂，具有極大的破壞性，它是由于氫滲入金屬內(nèi)部導(dǎo)致的損傷。

對(duì)斷裂殘件進(jìn)行氫含量測(cè)定，該螺栓材質(zhì)中氫含量較高，且邊緣高于心部，說明已有大量氫滲入螺栓內(nèi)部。

對(duì)于12.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓，氫含量達(dá)到6ppm以上就有可能引發(fā)氫脆，而該螺栓氫含量已遠(yuǎn)高于氫脆敏感值。

影響氫脆的因素主要有：鋼的含碳量、顯微組織、鋼的強(qiáng)度及所受應(yīng)力等。鋼的強(qiáng)度越大，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。

斷口附近螺紋面上局部氧化層剝落處可見針孔狀形貌，說明螺栓曾被酸性介質(zhì)腐蝕，導(dǎo)致氫滲入其中，這是導(dǎo)致螺栓氫脆斷裂的根本原因。此外，通過分析還發(fā)現(xiàn)螺栓氫濃度較高，說明螺栓經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間滲氫和氫擴(kuò)散過程。

根據(jù)以上分析，可以得出如下結(jié)論與啟示：

(1) 螺栓的斷裂性質(zhì)是氫致延遲斷裂。

(2) 建議廠商及使用方追溯螺栓生產(chǎn)、使用流程，排查可能接觸酸性介質(zhì)的環(huán)節(jié)。

(3)  建議在生產(chǎn)和使用過程中，高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼螺栓避免接觸酸性介質(zhì)。

  （4） 如果使用環(huán)境可能接觸酸性介質(zhì)，建議選用不銹鋼螺栓。