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緊固件螺釘斷裂綜合分析
緊固件螺釘斷裂綜合分析
2.1 裂紋組織特征
斷裂螺釘鋼化學成分符合美國1018低碳鋼技術要求。斷裂螺釘根部存在橫向微裂紋，并且裂紋呈鋸齒狀向內(nèi)部延伸，裂紋內(nèi)未見異常，具有氫脆延遲斷裂特征。斷裂螺釘表層顯微組織為回火高碳馬氏體，心部顯微組織為回火低碳馬氏體和貝氏體;通常優(yōu)質(zhì)碳素鋼，淬火后心部組織應該為珠光體和鐵素體，不應該得到馬氏體組織，說明螺釘心部含碳量較高，增加了螺釘?shù)拇阃感�，使其淬火后得到馬氏體組織。
2.2 斷口特征
螺釘斷裂起始于螺釘根部，裂紋源區(qū)斷口特征為沿晶和二次裂紋，裂紋擴展區(qū)和瞬斷區(qū)斷口特征為沿晶、二次裂紋和準解理，沿晶面上有雞爪狀花樣，具有氫脆斷口的雞爪花樣特征，進一步表明螺釘斷裂屬于氫脆延遲斷裂。
2.3 熱處理指標的分析
該批螺釘經(jīng)滲碳淬火處理，顯微硬度測試，結果表面硬度和心部硬度均在技術要求范圍內(nèi)，但用金相法檢測滲層較深，達到0.17～0.20mm，超出該螺釘技術要求約2倍，強度增加，脆性增大。
2.4 受力分析
從螺釘安裝一天以后發(fā)生斷裂，可知該斷裂螺釘在承受外力的條件下，由于斷裂螺釘滲碳后，整體強度增高，螺釘表面經(jīng)電鍍鋅，氫的滲入基體，氫脆的表觀特征一般是表現(xiàn)為低應力延遲破壞。
3 討論
�、俾葆敳牧系膹姸仍礁�，氫脆敏感性越大。這是因為，金屬晶體結構中位錯、晶界、沉淀相等氫積聚點多，在酸洗、電鍍過程中螺釘吸氫的能力強，基體內(nèi)應力較大;同時，延遲斷裂的臨界應力極限氫脆隨著材料強度的升高而急劇下降。鋼制螺釘因強度過高導致氫脆斷裂失效，有時與設計過分強調(diào)硬度指標有關。原設計硬度為450～550HV0.3，滲碳淬火回火的溫度區(qū)間為380～400℃，該溫度為回火溫度脆性區(qū)域，將硬度改為350～50HV0.3，結果回火溫度在430～440℃或450℃，使得螺釘?shù)臍浯嗝舾行越档�，有效地預防了氫脆斷裂的發(fā)生。
②鋼制螺釘發(fā)生氫脆失效通常也與不合適的熱處理有關。由于鋼的強度水平與鋼的微觀組織有著密切關系。因而，在一定強度水平下，鋼的氫脆斷裂敏感性總是與某種特定的組織相聯(lián)系。在各種不同的顯微組織中，對氫脆敏感性從大到小的一般順序為馬氏體、上貝氏體(粗大貝氏體)、下貝氏體(細貝氏體)、索氏體、珠光體、奧氏體。
淬火回火鋼在300～400℃的溫度范圍回火時，其氫脆敏感性急劇惡化，這是由于低溫回火脆性與氫脆現(xiàn)象疊加的結果。研究結果表明，回火脆化對氫致脆性斷裂起著明顯的促進作用，回火脆化程度較小，回火脆化和氫脆為線性相加;回火脆化程度較大，回火脆化將大大加劇氫脆程度。
分析認為：失效螺釘在較低的氫含量下發(fā)生氫脆斷裂，其主要原因是由于螺釘存在中等程度的回火脆化。
③鋼制螺釘經(jīng)電鍍處理后一般需進行驅(qū)氫處理，電鍍后原則上應盡快驅(qū)氫，因為鍍層中的氫和表面基體金屬中的氫向鋼基體內(nèi)部擴散，其數(shù)量隨時間延長而增加。一般認為：最好在鍍后1h內(nèi)，但不遲于3h，進行驅(qū)氫處理。驅(qū)氫工藝是否合理是關系到螺釘是否發(fā)生氫脆的一個關鍵性因素。目前國際上對于鋼制緊固件驅(qū)氫工藝有一個通用標準，190～230℃加熱保溫24h，空冷。國內(nèi)的鋼制螺釘在進行驅(qū)氫處理時，大多選用180～210℃的加熱溫度，保溫時間基本在2～4h左右。雖然該工藝可以降低螺釘中的氫含量，但并不適用所有的鋼種，難以保證產(chǎn)品的可靠性使用，故驅(qū)氫工藝應該按鋼種、強度及工作應力分別加以規(guī)定。
需要特別強調(diào)的是，對于重復加工件，在酸洗去除鍍層后一定要先進行驅(qū)氫處理，然后電鍍，再驅(qū)氫。之所以要在酸洗去除鍍層后增加一道驅(qū)氫工序，是因為與酸洗除銹和氧化皮不同，酸洗去除鍍層需要較長時間，螺釘會大量吸氫，這時若直接電鍍，后續(xù)的驅(qū)氫處理則很難將氫去除干凈，這也解釋了螺釘為什么只有少數(shù)斷裂的現(xiàn)象。
4 結論
該批螺釘斷裂是因為滲碳層過厚，淬火、回火后得到回火低碳馬氏體和貝氏體，脆性增大，鍍鋅后驅(qū)氫效果不好，上述因素綜合作用導致部分螺釘在使用過程中發(fā)生氫脆延遲斷裂。
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