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级法兰螺栓断裂分析(2)

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未增碳：HV(3)≤HV(1)+30

经断口分析，在装配48?h法兰螺栓在头部和杆部结合处发生自然断裂，此处应力面积大于螺纹处，断裂处无明显塑性变形。断裂源于螺栓头部和杆部结合处的外表面R角位置，并向螺栓中心扩展。扩展区(A、C区)主要为沿晶脆性断口，沿晶面上有明显的塑性变形韧窝(鸡爪痕)和微孔特征及大量的晶界分离沟槽，断口中心B?区为塑性韧窝带，此区为螺栓受力面积变小在静载荷下产生的断裂终断区。综合断面形貌和断裂背景情况，推断此螺栓为氢脆延迟断裂。

经化学成分测试，断裂样品和正常样品化学成分均符合标准GB/T?3077-1999对牌号40Cr的要求。

经实物拉伸测试，正常样品抗拉强度符合标准GB/T?对10.9级螺栓要求。

经金相检测，正常样品组织主要为正常的回火索氏体，螺栓表面有脱碳现象；断裂样品组织主要为正常的回火索氏体，断裂处和基体组织无差异，断口塑性韧窝位置和沿晶脆性区域组织无差异，螺栓表面有增碳现象。正常样品及断裂样品齿部组织均有变形情况，说明螺栓是先热处理后成型的，非金属夹杂物正常。

经硬度检测，断裂样品和正常样品基体硬度符合标准GB/T?对10.9级螺栓要求，但正常样品表面增碳严重不符合标准要求。

综合力学性能、硬度和金相检测结果，说明螺栓热处理工艺能符合螺栓强度要求，但淬火时保护气氛碳势控制不良导致螺栓表面增碳严重。

螺栓表面脱碳通常有利于延迟破坏性能的提高，但淬火时对于螺纹表面增碳是不允许的，会使螺栓强度增加而塑性下降，导致延迟断裂。

螺栓热处理后进行的表面镀锌工艺，如果电镀工艺控制不当，除氢不彻底，将引起氢脆。而螺栓表面增碳现象将加重氢脆、延迟失效的敏感性。

综合分析测试结果，此法兰螺栓属于氢脆延迟断裂失效。断裂主要原因为：淬火时碳势控制不良造成螺栓表面增碳严重，而电镀工艺氢原子的渗入导致装配后的最终螺栓的氢脆断裂。

文章来源：《电镀与精饰》网址: http://www.ddyjszz.cn/qikandaodu/2021/0514/507.html