机械装备失效分析小课堂——服役过程中的失效案例分析

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断裂型失效诊断举例案例1：氢脆型断裂

某12.9级内六方螺栓在服役期间发生了断裂失效，断裂螺栓宏观形貌如图1a)所示。经调查，该螺栓整个加工工序均不涉及吸氢环节，螺栓最终表面处理为黑色氧化处理，螺栓装配时无力矩要求，同批次的螺栓在服役过程中发生了多个断裂失效。

图1 断裂螺栓宏、微观形貌

宏观观察可见，螺栓表面氧化层比较完整，未见明显破损，断裂位置为光杆与螺纹段交界处的第一扣螺纹处，断口基本上与轴线垂直，断口比较洁净，未见腐蚀产物覆盖，无明显塑性变形，具有脆性断裂的宏观特征，见图1a)，b)。

经理化检验，该断裂螺栓的化学成分、显微硬度以及表面增脱碳情况等均符合GB/T 3098.1－2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》中对12.9级螺栓的技术要求，同批次未断裂螺栓的纵向低倍组织和横向低倍组织均未见异常。

在螺栓头部的内六方角部观察到微裂纹和挤压痕迹，见图1c)。同批次装配的未断裂螺栓，其头部内六方角部未见异常。

断口扫描由镜(SEM)形貌观察可见沿晶＋少量韧窝，可见二次裂纹，见图1d)。靠近螺栓表面的显微组织与心部的相同，均为回火索氏体＋少量铁素体，见图1e)。

该螺栓服役中承受恒定拉应力；显微组织为回火索氏体＋少量铁素体，对氢脆较为敏感；螺栓本身含有一定量的氢，潮湿的空气会在螺栓表面凝聚成水滴，水中含有的少量氢原子也会向应力集中明显的螺纹根部富集导致局部氢含量升高，具有氢脆型断裂所需的氢环境。该螺栓具备氢脆型断裂的三要素，且是在服役过程中断裂的，具有延迟性特点。断口与轴向大致垂直，比较洁净，未见腐蚀产物覆盖，具有氢脆断口的宏观特征。