鍍鋅六角螺栓非正常斷裂失效分析
六角頭螺栓，規(guī)格為M12×70，性能等級(jí)為8.8級(jí)，材質(zhì)為35K，表面鍍黃鋅。螺栓出廠試驗(yàn)時(shí)發(fā)生非正常斷裂。
試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果
對(duì)斷裂件檢查，斷裂螺栓斷口位于頭下，呈V字形，兩側(cè)差異明顯，斷裂螺栓的宏觀形貌，見圖13-1。
斷裂螺栓宏觀形貌
斷裂螺栓頭部斷口主要分為兩部分（A、B），斷口A部分的斷面銹蝕嚴(yán)重， B部分的斷面則為纖維狀金屬本色，斷裂螺栓斷口的宏觀形貌，見圖13-2。
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斷裂螺栓宏觀形貌
（1）掃描電鏡觀察
斷裂螺栓頭部斷口掃描電鏡觀察，斷口兩側(cè)斷面存在明顯的顏色反差，A區(qū)表面氧化嚴(yán)重，顏色較深，而B區(qū)顏色較淺，為新鮮斷口，見圖13-3。
斷面背散射電子圖像
對(duì)A區(qū)斷面掃描電鏡圖像及能譜分析結(jié)果：能譜分析，A區(qū)斷面外側(cè)邊緣含較多的Zn、Cl元素，見圖13-4。
A區(qū)斷面形貌及能譜分析
A區(qū)斷面內(nèi)側(cè)的微觀形貌，可見表面氧化嚴(yán)重，見圖13-5。
圖13-5 A區(qū)斷面內(nèi)側(cè)微觀形貌
對(duì)B區(qū)斷面掃描電鏡圖像觀察，B區(qū)微觀形貌，B區(qū)無(wú)氧化，可見大量等軸韌窩，見圖13=6。
圖13-6 B區(qū)斷面微觀形貌
（2）化學(xué)分析
用直讀光譜法對(duì)螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果，螺栓的化學(xué)成分符合JIS G3507.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中SWRCH35K鋼的要求。
（3）硬度檢測(cè)
對(duì)螺栓進(jìn)行表面硬度梯度及心部硬度試驗(yàn)，表面硬度205～300 HV10；心部硬度301～306HV10；螺栓硬度符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3098.1-2010的相關(guān)規(guī)定，結(jié)果如圖13-7所示。
圖13-7 硬度梯度檢測(cè)值
（4）金相檢查
斷裂螺栓的心部金相組織，為回火索氏體，見圖13-8。
斷裂螺栓的螺紋處金相組織，螺紋表面有輕微脫碳，見圖13-9。
圖13-8 螺栓心部金相組織 圖13-9螺紋表層金相組織
分析與討論
螺栓材質(zhì)合格，斷裂螺栓的心部金相組織為回火索氏體，熱處理溫度基本無(wú)問(wèn)題，但熱處理保護(hù)氣氛控制不好，造成螺栓表面和螺紋表面有輕微脫碳，硬度檢查時(shí)，表面硬度梯度比心部硬度稍低一些。螺栓斷裂與材質(zhì)、熱處理、輕微脫碳等無(wú)直接關(guān)系。
斷裂螺栓的斷口有兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)區(qū)域被氧化腐蝕嚴(yán)重，另一個(gè)區(qū)域?yàn)樾迈r斷口。氧化嚴(yán)重的區(qū)域邊緣有電鍍時(shí)滲入的Zn、Cl等元素。該螺栓生產(chǎn)后未曾接觸含有Cl的腐蝕物，只有在電鍍時(shí)才能接觸到Zn和Cl。螺栓斷口邊緣發(fā)現(xiàn)Zn和Cl，說(shuō)明電鍍前已有裂紋存在，電鍍過(guò)程中從裂紋處滲入了Zn和Cl，隨后的清洗過(guò)程中不能把裂紋內(nèi)的電鍍?nèi)芤呵逑锤蓛?，使Zn和Cl殘留在裂紋內(nèi)。
斷裂螺栓的斷裂位置為螺紋收尾處，螺紋收尾處由位于螺栓頭下，此處應(yīng)力集中；在熱處理冷卻過(guò)程中，應(yīng)力集中處生產(chǎn)淬火裂紋。
由于淬火裂紋的存在，裂紋在回火過(guò)程中被氧化，電鍍過(guò)程中從裂紋處滲入了Zn和Cl。
該裂紋較深，使螺栓承載面積減小，從而導(dǎo)致其安裝試驗(yàn)時(shí)提前斷裂。
結(jié)論與啟示
（1） 螺栓頭下存在一條較深的淬火裂紋，導(dǎo)致其安裝試驗(yàn)時(shí)提前斷裂。
（2） 全螺紋螺栓的螺紋收尾處位于螺栓頭下，無(wú)論是滾壓或搓絲螺紋，螺栓頭下的螺紋收尾處位應(yīng)力集中很明顯；因此，建議在熱處理前增加一次去應(yīng)力退火，消除加工殘余應(yīng)力，防止熱處理時(shí)在應(yīng)力集中處生產(chǎn)淬火裂紋。
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