委托方提供失效螺栓殘件兩枚,，已使用完好螺栓一枚,，未使用螺栓三枚，規(guī)格為M16×60，等級(jí)為12.9級(jí),，材質(zhì)為SCM435,。
該批次螺栓制造工藝為：成型-輾牙-堿液去磷-調(diào)質(zhì)熱處理,，螺栓表面發(fā)黑處理,。
據(jù)委托方反映，通過排查包裝,、運(yùn)輸,、拆箱、安裝等過程,，未發(fā)現(xiàn)螺栓表面沾染任何外來物質(zhì)或受污染的情況,，安裝過程不添加任何潤滑介質(zhì)，裝配完成后靜放12小時(shí)發(fā)現(xiàn)螺栓出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象[1],，委托方要求分析其失效原因,。
圖1所示為現(xiàn)場螺栓安裝示意圖，推斷安裝時(shí)螺紋末端應(yīng)擰入底座盲孔,。
圖2所示為送檢試樣宏觀形貌,，可見斷口處未發(fā)現(xiàn)明顯的塑性變形，失效螺栓殘件螺紋牙底存在明顯的銹蝕產(chǎn)物（如圖3箭頭所示）,。
圖1  現(xiàn)場螺栓安裝示意圖圖2  送檢試樣宏觀形貌圖3  失效螺栓殘件螺紋牙底低倍形貌圖4  失效螺栓斷口低倍形貌圖5~圖7所示為A區(qū)微觀形貌,，斷面存在腐蝕現(xiàn)象，仍可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌,，并伴隨晶間二次裂紋,。
圖5  A區(qū)微觀形貌圖6  A區(qū)微觀形貌圖7  A區(qū)微觀形貌圖8~圖10所示為B區(qū)微觀形貌，斷面存在腐蝕現(xiàn)象,，仍可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌,，并伴隨晶間二次裂紋。
圖8  B區(qū)微觀形貌圖9  B區(qū)微觀形貌圖10  B區(qū)微觀形貌圖11~圖13所示為C區(qū)微觀形貌,，斷面存在腐蝕現(xiàn)象,，仍可見明顯的“冰糖狀”沿晶形貌，并伴隨晶間二次裂紋,。
圖13  C區(qū)微觀形貌圖14  D區(qū)微觀形貌圖15  D區(qū)微觀形貌圖16  D區(qū)微觀形貌圖17,、18所示為失效螺栓斷口腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果,，可見腐蝕產(chǎn)物主要為鐵的氧化物，并存在少量磷,、硫、氯,、鈉等元素,。
圖17  斷面腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果圖18  斷面腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果圖19、20所示為失效螺栓螺紋牙底腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果,，可見腐蝕產(chǎn)物主要為鐵的氧化物,，并存在大量磷元素及少量硫、氯,、鈉,、鈣、鉀等元素,，腐蝕性元素類別與斷面一致,。
圖19  螺紋牙底腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果圖20  螺紋牙底腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果圖21所示為失效螺栓表面發(fā)黑層能譜分析結(jié)果，可見發(fā)黑層主要成分為鐵和氧,，未發(fā)現(xiàn)磷元素,。
圖21  螺栓表面發(fā)黑層能譜分析結(jié)果3. 金相檢測截取失效螺栓縱截面進(jìn)行金相觀察，起裂區(qū)附近金相組織如圖22所示,，可見起裂區(qū)附近螺紋牙底存在大量由表面萌生并沿垂直方向擴(kuò)展的微裂紋（圖23所示）,，螺紋表面未發(fā)現(xiàn)明顯的脫碳或増?zhí)棘F(xiàn)象。
圖22  失效螺栓起裂區(qū)金相組織圖23  起裂區(qū)附近螺紋牙底金相組織圖24所示斷口相鄰螺紋牙底金相組織,，未發(fā)現(xiàn)裂紋,、折疊等不連續(xù)性缺陷或明顯的脫碳、増?zhí)棘F(xiàn)象,。
圖24  斷口相鄰螺紋牙底金相組織圖25~圖27所示斷裂擴(kuò)展區(qū)縱截面金相組織,，斷面附近存在明顯的分支裂紋。
圖25  斷裂擴(kuò)展區(qū)縱截面金相組織圖26  斷裂擴(kuò)展區(qū)縱截面金相組織圖27 斷裂擴(kuò)展區(qū)縱截面金相組織圖28~30所示為分支裂紋附近顯微組織,，可見分支裂紋均以沿晶形式擴(kuò)展,。
圖28  分支裂紋附近顯微組織圖29  分支裂紋附近顯微組織圖30  分支裂紋附近顯微組織圖31所示為失效螺栓芯部顯微組織，為均勻的回火索氏體組織,，無異常,。
圖31  失效螺栓芯部顯微組織圖32所示分別為失效螺栓非金屬夾雜物形態(tài)，根據(jù)“GB/T ”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,，判定為D類球狀氧化物（細(xì)系）1級(jí),，無異常。
圖32  失效螺栓非金屬夾雜物形態(tài)4.性能檢測對(duì)失效螺栓與完好螺栓分別進(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(jí)螺栓的規(guī)定,。
對(duì)完好螺栓進(jìn)行實(shí)物拉伸試驗(yàn)，當(dāng)拉力值達(dá)到202.8kN時(shí),，螺栓斷裂于未旋合螺紋部位,，經(jīng)計(jì)算得螺栓抗拉強(qiáng)度為1292MPa，符合“GB/T 3098.1-2010”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（≥1220MPa）,。
5. 化學(xué)成分分析采用直讀光譜法對(duì)失效螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析,，結(jié)果如表2所示，符合“JIS G4053:2008”標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于SCM435鋼的規(guī)定,。
6．綜合分析送檢試樣顯微組織,、螺紋表面缺陷，脫碳,、増?zhí)?、非金屬夾雜物、力學(xué)性能,、化學(xué)成分,、基體氫含量等指標(biāo)均未發(fā)現(xiàn)異常。
宏觀形貌顯示,，失效螺栓斷口附近未發(fā)現(xiàn)明顯塑性變形,，螺紋牙底及斷面存在明顯的腐蝕產(chǎn)物。
微觀形貌顯示,，大部分?jǐn)嗝婢梢娒黠@的“冰糖狀”沿晶形貌,，并伴隨晶間二次裂紋，能譜分析顯示斷面腐蝕產(chǎn)物主要為鐵的氧化物,，并存在少量磷,、硫、氯等腐蝕性元素,，元素種類與螺紋牙底的腐蝕產(chǎn)物基本一致,。
螺栓服役時(shí)主要承受軸向拉應(yīng)力作用，螺紋牙底與斷面的腐蝕產(chǎn)物說明螺栓服役環(huán)境中存在腐蝕性介質(zhì),，同時(shí)滿足了應(yīng)力腐蝕的兩個(gè)條件,，即拉應(yīng)力條件和特定的腐蝕介質(zhì)。
因此綜合斷口形貌特征,、能譜分析結(jié)果及服役環(huán)境判斷送檢螺栓失效模式為應(yīng)力腐蝕斷裂,。
據(jù)委托方反映，螺栓表面發(fā)黑處理,，通過排查包裝,、運(yùn)輸、拆箱,、安裝等過程,，均未發(fā)現(xiàn)螺栓表面沾染任何外來物質(zhì)或受污染的情況,，同時(shí)螺栓安裝過程不添加任何潤滑介質(zhì)，因此推斷腐蝕介質(zhì)并不是由螺栓帶入,，可能積聚在底座盲孔中,，且該腐蝕介質(zhì)中可能含有磷、硫,、氯,、鈉、鉀,、鈣等元素；在腐蝕環(huán)境中表面發(fā)黑處理的耐蝕能力明顯不足,，螺栓表面易發(fā)生腐蝕,，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕環(huán)境條件的形成。
7. 結(jié)論（1）送檢螺栓失效模式為應(yīng)力腐蝕斷裂,；（2）引起螺栓斷裂的主要原因是螺栓服役過程中接觸腐蝕介質(zhì),。