| 檢測周期： | 5-7個工作日 |
| 服務(wù)優(yōu)勢： | 費(fèi)用低 周期短 |
| 報告語言： | 中英文可選 |
| 單價： | 面議 |
| 發(fā)貨期限： | 自買家付款之日起 天內(nèi)發(fā)貨 |
| 所在地： | 江蘇 蘇州 |
| 有效期至： | 長期有效 |
| 發(fā)布時間： | 2023-11-30 05:19 |
| 最后更新： | 2023-11-30 05:19 |
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委托方提供失效鎖緊螺栓殘件兩枚，材質(zhì)為SCM435，性能等級為12.9級，規(guī)格為M18×1.5×25，表面電鍍?nèi)齼r藍(lán)白鋅。螺栓制造工藝為：材料改制—冷鐓成型—熱前輾牙—桿部鉆孔—熱處理—表面處理（電鍍及驅(qū)氫）。送檢螺栓安裝于變速器軸端，對軸端進(jìn)行鎖緊固定，安裝時使用扭矩槍擰緊，螺栓未涂油，服役過程中出現(xiàn)螺栓斷裂現(xiàn)象，委托方要求分析其斷裂原因。圖1所示為送檢試樣宏觀形貌，將兩枚失效螺栓殘件分別標(biāo)記為1#和2#。圖2、圖3所示為2#失效件裂紋處內(nèi)外表面宏觀形貌，可見裂紋位于頭下圓角處，同時頭部六角孔內(nèi)壁可見明顯的裂紋，說明裂紋已貫穿頭下圓角處整個壁厚。
圖1 送檢試樣宏觀形貌
圖2 2#螺栓殘件裂紋處外表面宏觀形貌
圖3 2#螺栓殘件裂紋處內(nèi)表面宏觀形貌
2. 斷口分析
圖4所示為1#螺栓殘件斷口低倍形貌，可見斷面平整，無明顯塑性變形。斷口存在明顯的撕裂臺階，未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡。將斷面分為A1、B1、C1三個區(qū)域進(jìn)一步描述。
圖4 1#螺栓殘件斷口低倍形貌
圖5所示為A1區(qū)微觀形貌，可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌，并伴隨晶間二次裂紋，晶面可見“雞爪”形發(fā)紋。靠近六角孔內(nèi)壁的局部區(qū)域可見明顯的韌窩形貌，該區(qū)域為終斷區(qū)。
圖5 斷面A1區(qū)微觀形貌
圖6所示為B1區(qū)微觀形貌，可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌，并伴隨晶間二次裂紋，晶面可見“雞爪”形發(fā)紋?？拷强變?nèi)壁的局部區(qū)域可見明顯的韌窩形貌，該區(qū)域為終斷區(qū)。
圖6 斷面B1區(qū)微觀形貌
圖7所示為C1區(qū)微觀形貌，可見明顯的韌窩形貌與沿晶形貌并存的混合型形貌。
圖7 斷面C1區(qū)微觀形貌
將2#螺栓殘件沿裂紋處打開，宏觀形貌如圖8所示，選取下方殘件進(jìn)行斷口分析。
圖8 2#螺栓殘件裂紋打開后宏觀形貌
圖9所示為2#螺栓殘件斷口低倍形貌，可見斷面平整，無明顯塑性變形，未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡。將斷面分為A2、B2、C2三個區(qū)域進(jìn)一步描述。
圖9 2#螺栓殘件斷口低倍形貌
圖10所示為A2區(qū)低倍形貌斷面可見明顯的“人”字紋，收斂處指向頭下圓角近表面（箭頭所示），該區(qū)域為斷裂起始區(qū)。
圖10 斷面A2區(qū)低倍形貌
圖11所示為A2區(qū)微觀形貌，可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌，并伴隨晶間二次裂紋，晶面可見“雞爪”形發(fā)紋。圖12所示為A2區(qū)能譜分析結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)明顯的外來元素。
圖11 斷面A2區(qū)微觀形貌
圖12 斷面A2區(qū)能譜分析結(jié)果
圖13所示為B2區(qū)低倍形貌斷面可見明顯的“人”字紋，收斂處指向頭下圓角近表面（箭頭所示），該區(qū)域為斷裂起始區(qū)。
圖13 斷面B2區(qū)低倍形貌
圖14所示為B2區(qū)微觀形貌，可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌，并伴隨晶間二次裂紋，晶面可見“雞爪”形發(fā)紋。圖15所示為B2區(qū)能譜分析結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)明顯的外來元素。
圖14 斷面B2區(qū)微觀形貌
圖15 斷面B2區(qū)能譜分析結(jié)果
圖16所示為C2區(qū)微觀形貌，可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌，并伴隨晶間二次裂紋，晶面可見“雞爪”形發(fā)紋。圖17所示為C2區(qū)能譜分析結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)明顯的外來元素。
圖16 斷面C2區(qū)微觀形貌
圖17 斷面C2區(qū)能譜分析結(jié)果
3. 金相檢測
截取2#螺栓殘件斷口處縱截面進(jìn)行金相觀察，起裂處如圖18所示，斷口附近頭下圓角表面未發(fā)現(xiàn)明顯的折疊、裂紋等不連續(xù)性缺陷。
圖18 斷口處縱截面金相組織
圖19所示為斷口附近頭下圓角表面金相組織，未發(fā)現(xiàn)脫碳或増?zhí)棘F(xiàn)象。
圖19 斷口附近頭下圓角表面金相組織
圖20所示為斷口附近縱截面金相組織，未發(fā)現(xiàn)明顯的脫碳現(xiàn)象或分支裂紋。
圖20 斷口附近縱截面金相組織
截取完好件頭部縱截面進(jìn)行金相觀察，頭下圓角處低倍組織如圖21所示，頭下圓角處未發(fā)現(xiàn)明顯的折疊、裂紋等不連續(xù)性缺陷，圓角半徑約為3.1mm，符合委托方提供的圖紙技術(shù)要求（3.0-4.0mm）。
圖21 完好件頭下圓角低倍組織
圖22所示為2#螺栓螺紋部位縱截面金相組織，未脫碳層高度E =0.877mm，全脫碳層深度G=0，同時未發(fā)現(xiàn)明顯的不連續(xù)性缺陷，符合委托方提供的圖紙技術(shù)要求。
圖22 2#螺栓螺紋部位縱截面金相組織
圖23所示為2#螺栓殘件芯部顯微組織，為均勻的回火索氏體，無異常。
圖23 2#螺栓殘件芯部顯微組織
圖24所示為2#螺栓殘件非金屬夾雜物形態(tài)，根據(jù)“GB/T ”標(biāo)準(zhǔn)可判定為D類球狀氧化物（細(xì)系）1.5級，無異常。
圖24 2#螺栓殘件非金屬夾雜物形態(tài)
對2#螺栓殘件進(jìn)行表芯硬度檢測，結(jié)果如表1所示，表芯硬度均符合“GB/T 3098.1-2010”標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于12.9級螺栓的要求。
項 目 | 芯部硬度/HV10 | 末端表面硬度/HV0.3 |
標(biāo)準(zhǔn)值 | 385-435 | ≤435，且不得高于芯部硬度30 |
實測值 | 402/401/406 | 405/405/409 |
5. 化學(xué)成分分析
采用直讀光譜法對完好螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2所示，符合“GB/T JIS G4053:2008”標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于SCM435鋼的要求。
表2 完好螺栓化學(xué)成分（%）
元素 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni |
標(biāo)準(zhǔn)值 | 0.33~0.38 | 0.15~0.35 | 0.60~0.90 | ≤0.030 | ≤0.030 | 0.90~1.20 | 0.15~0.30 | ≤0.25 |
實測值 | 0.33 | 0.19 | 0.74 | 0.013 | 0.008 | 0.96 | 0.19 | 0.02 |
對2#螺栓斷口附近取樣進(jìn)行氫含量測試，結(jié)果如表3所示，氫含量較低。
表3 2#螺栓氫含量試驗結(jié)果
項目 | 氫含量/ppm |
斷裂件 | 1.1/1.2 |
6．綜合分析
送檢螺栓頭下圓角尺寸、表面缺陷、顯微組織、表芯硬度、化學(xué)成分等指標(biāo)均未發(fā)現(xiàn)異常。斷口形貌顯示，斷裂起始于螺栓頭下圓角近表面，微觀形貌可見大面積的“冰糖狀”沿晶形貌，并伴有晶間二次裂紋和晶面“雞爪”形發(fā)紋，具有典型的氫致延遲斷裂（氫脆）特征。氫脆是由于氫滲入金屬內(nèi)部而產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致零件在低于材料屈服極限的靜應(yīng)力作用下發(fā)生的斷裂失效。影響零件氫脆敏感性的因素主要有：含氫量、顯微組織、強(qiáng)度、硬度及所受應(yīng)力等。通常零件基體含氫量越高，強(qiáng)度越大，硬度越高，所受應(yīng)力越大，則越容易誘發(fā)氫脆斷裂。
本案例中，送檢螺栓性能等級為12.9級，強(qiáng)度、硬度較高（通常零件的硬度大于32HRC時就有氫脆傾向），氫含量檢測結(jié)果顯示，失效螺栓斷口附近含有1ppm左右的氫，氫含量較低。由于氫脆失效是在氫和應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的，存在多個影響因素，只有在各個影響因素的綜合作用超過一定臨界值時才會發(fā)生斷裂。螺栓內(nèi)部的氫一般來源于原材料、表面酸洗、電鍍處理和外部環(huán)境腐蝕作用。由于螺栓頭部內(nèi)六角孔結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致頭下圓角處承載面積較小，裝配后該處承受的應(yīng)力水平較高，即使螺栓氫含量較低，仍然可能發(fā)生氫脆。
（1）送檢螺栓的失效模式為氫脆；
（2）送檢螺栓所檢項目均未發(fā)現(xiàn)異常；
（3）建議螺栓表面處理由電鍍鋅改為磷化處理。