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，性能等級為8.8級，材質為35K，表面鍍黃鋅。螺栓出廠試驗時發(fā)生非正常斷裂。
試驗過程與結果
對斷裂件檢查，斷裂螺栓斷口位于頭下，呈V字形，兩側差異明顯，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。
,
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，斷口兩側斷面存在明顯的顏色反差，A區(qū)表面氧化嚴重，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A區(qū)斷面掃描電鏡圖像及能譜分析結果：能譜分析，A區(qū)斷面外側邊緣含較多的Zn、Cl元素，見圖13-4。
A區(qū)斷面形貌及能譜分析
A區(qū)斷面內側的微觀形貌，可見表面氧化嚴重，見圖13-5。
圖13-5 A區(qū)斷面內側微觀形貌
對B區(qū)斷面掃描電鏡圖像觀察，B區(qū)微觀形貌，B區(qū)無氧化，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）化學分析
用直讀光譜法對螺栓進行化學成分分析，分析結果，螺栓的化學成分符合JIS G3507.1-2005標準中SWRCH35K鋼的要求。
（3）硬度檢測
對螺栓進行表面硬度梯度及心部硬度試驗，表面硬度205～300 HV10；心部硬度301～306HV10；螺栓硬度符合標準GB/T 3098.1-2010的相關規(guī)定，結果如圖13-7所示。
圖13-7 硬度梯度檢測值
（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，熱處理溫度基本無問題，但熱處理保護氣氛控制不好，造成螺栓表面和螺紋表面有輕微脫碳，硬度檢查時，表面硬度梯度比心部硬度稍低一些。螺栓斷裂與材質、熱處理、輕微脫碳等無直接關系。
斷裂螺栓的斷口有兩個區(qū)域，其中一個區(qū)域被氧化腐蝕嚴重，另一個區(qū)域為新鮮斷口。氧化嚴重的區(qū)域邊緣有電鍍時滲入的Zn、Cl等元素。該螺栓生產后未曾接觸含有Cl的腐蝕物，只有在電鍍時才能接觸到Zn和Cl。螺栓斷口邊緣發(fā)現Zn和Cl，說明電鍍前已有裂紋存在，電鍍過程中從裂紋處滲入了Zn和Cl，隨后的清洗過程中不能把裂紋內的電鍍溶液清洗干凈，使Zn和Cl殘留在裂紋內。
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，此處應力集中；在熱處理冷卻過程中，應力集中處生產淬火裂紋。
由于淬火裂紋的存在，裂紋在回火過程中被氧化，電鍍過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，從而導致其安裝試驗時提前斷裂。
結論與啟示
（1） 螺栓頭下存在一條較深的淬火裂紋，導致其安裝試驗時提前斷裂。
（2） 全螺紋螺栓的螺紋收尾處位于螺栓頭下，無論是滾壓或搓絲螺紋，螺栓頭下的螺紋收尾處位應力集中很明顯；因此，建議在熱處理前增加一次去應力退火，消除加工殘余應力，防止熱處理時在應力集中處生產淬火裂紋。
浙公網安備 33042402000106號
