摘 要：采用掃描電鏡、金相檢驗(yàn)、顯微硬度、化學(xué)成分分析、摩擦系數(shù)試驗(yàn)等方法對某型號乘用車車橋固定螺栓的斷裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，螺釘?shù)臄嗔研再|(zhì)是氫致延遲斷裂，螺栓表面受到污染后摩擦系數(shù)減小導(dǎo)致安裝預(yù)緊力過大及電鍍后驅(qū)氫不充分是誘發(fā)螺栓氫脆的主要原因。

車橋作為汽車的重要部件，傳遞著車架與路面之間各個(gè)方向的作用力，直接影響汽車行駛的安全性和可靠性，其上采用的緊固螺栓是車橋的關(guān)鍵部件，汽車主機(jī)廠通常會(huì)要求其供應(yīng)商提供的緊固件產(chǎn)品零缺陷。某型號乘用車車橋在安裝完成后約48小時(shí)，發(fā)現(xiàn)其一枚緊固螺栓斷裂，廠方要求分析斷裂原因。該螺栓規(guī)格為M10×1.25×128，性能等級10.9級，安裝扭矩為80±10N?m，材質(zhì)為42CrMo，表面電鍍黃鋅，電鍍后經(jīng)200℃、4小時(shí)的驅(qū)氫處理。

1. 理化檢驗(yàn)

1.1斷口分析

2．綜合分析

從上述分析結(jié)果可知，螺栓斷口附近雖無塑性變形，但微觀形貌顯示斷裂面韌窩區(qū)域約占整個(gè)斷面面積的80%左右，說明螺栓斷裂時(shí)承受較大的軸向應(yīng)力。從摩擦系數(shù)測試結(jié)果可知，安裝廠家送檢的完好螺栓摩擦的總系數(shù)為0.11，螺紋部位摩擦系數(shù)僅為0.07，明顯小于生產(chǎn)廠家送檢螺栓的0.20。當(dāng)采用扭矩控制安裝時(shí)，較小的摩擦系數(shù)將導(dǎo)致螺栓承受較大的軸向預(yù)緊力，從預(yù)緊力——扭矩試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)安裝扭矩為80N?m時(shí)，安裝廠家送檢的螺栓預(yù)緊力達(dá)到53.4kN，已高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該等級規(guī)格螺栓的保證載荷試驗(yàn)應(yīng)力50.8kN，并接近螺栓的屈服強(qiáng)度57.5kN，當(dāng)安裝扭矩存在誤差的情況下，螺栓很可能被超擰。

另外，該螺栓經(jīng)過電鍍，雖然經(jīng)過驅(qū)氫處理，但不能完全排除氫殘留風(fēng)險(xiǎn)^[2]，螺栓硬度越高，軸向預(yù)緊力越大，發(fā)生氫脆的概率就越高。“GB-T 5267.1-2002 緊固件電鍍層”標(biāo)準(zhǔn)中明確提到，硬度大于320HV的緊固件電鍍時(shí)有氫脆風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)硬度大于365HV時(shí)一般不采用電鍍處理，而斷裂螺栓的表面硬度已達(dá)到365HV。氫含量測試結(jié)果表明，雖然斷裂螺栓的氫含量在5μg/g以下，但由于氫在材料內(nèi)部分布不勻，易在螺紋根部的應(yīng)力集中區(qū)域聚集，加之該螺栓預(yù)緊力過大，兩者相互作用便在螺紋根部產(chǎn)生氫致微裂紋，微裂紋的尖端是應(yīng)力集中區(qū)，氫原子便持續(xù)向裂紋尖端擴(kuò)散聚集^[3]，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度后，螺栓由于承力面積減小而失穩(wěn)斷裂。

3．結(jié)論和建議

通過上述分析可得出以下結(jié)論：

一、螺栓的斷裂性質(zhì)是氫致延遲斷裂，安裝預(yù)緊力過大誘發(fā)表面產(chǎn)生微裂紋是導(dǎo)致螺栓斷裂的主要原因；

二、10.9級的螺栓建議采用達(dá)克羅、粉末滲鋅等表面處理方式，排除氫脆風(fēng)險(xiǎn)；

三、安裝廠家應(yīng)嚴(yán)格控制螺栓的存放、運(yùn)輸及裝配現(xiàn)場，防止受油污污染，并根據(jù)每批螺栓的表面狀態(tài)，通過軸力——扭矩試驗(yàn)確定摩擦系數(shù)，科學(xué)有效的控制螺栓的預(yù)緊力。