导读
做家：李剑玉（华夏空空导弹研讨院，洛阳４７１０００）
起源：《理化检查-物理分册》年帝53卷
择要：材料为ＭＬ３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢的十字槽沉头螺钉在首次装置经过中产生批量断裂生效，经过宏观调查、化学成份剖析、力学功能实验、金相剖析、断口扫描电镜及能谱剖析、氢含量测定等办法对螺钉断裂出处实行了剖析。事实讲解：螺钉头部的十字槽底部在冷镦或热责罚经过中造成微裂纹，在酸洗、镀镉等工序中，氢沿微裂纹渗入基体，加之螺钉强度偏高，高出计划请求，进而致使螺钉产生氢脆开裂并增添，本质承载面积低落，终究在装置应力影响下产生断裂生效。
某产品在首次装置时涌现３件Ｍ６ｍｍ×１６ｍｍ十字槽９０°沉头螺钉断裂局势，断裂螺钉材料为ＭＬ３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢，表面电镀镉。该类螺钉加工工艺为：备料→冷镦→车削→热责罚→喷砂→滚丝→荧光探伤→表面责罚→终检查收→包装。为查明该批螺钉断裂出处，以便选用办法鼎新工艺防止相似生效的再产生，笔者对断裂螺钉实行了检查和剖析。
１理化检查
１．１宏观调查
经过体视显微镜对断裂螺钉实行调查，螺钉断裂场所及螺钉帽一侧断口宏观状貌如图１所示。看来断裂场所在螺钉帽与螺钉杆毗邻处，螺钉断裂处无显然宏观塑性变形，断口大部份表面颜色发暗，有氧化陈迹。
１．２化学成份剖析
在生效螺钉上取样实行化学成份剖析，事实见表１。看来断裂螺钉化学成份合乎ＧＢ／Ｔ５９５３．１－１９９９《冷镦钢丝第１部份：热责罚型冷镦钢丝》对ＭＬ３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢丝成份的技巧请求。
１．３力学功能实验
对生效螺钉实行显微维氏硬度实验，实验数据遵循ＧＢ／Ｔ１１７２－１９９９《黑色金属硬度及强度换算值》换算成抗拉强度，并与计划请求的抗拉强度实行比对，事实见表２。看来由维氏硬度实验数据换算的生效螺钉抗拉强度高出计划技巧请求。
１．４金相剖析
对生效螺钉取样实行金相剖析，其显微机关为回火索氏体，为寻常的淬火＋高温回火机关，如图２所示。根据ＧＢ／Ｔ１０５６１－２００５对生效螺钉的非金属搀杂物含量实行评定，事实讲解脆性搀杂物为０．５级，塑性搀杂物为０级，满意ＧＪＢ２２９４－１９９５《航空用不锈钢及耐热钢棒》对钢材脆性搀杂物≤２级、塑性搀杂物≤２级的技巧请求（ＧＢ／Ｔ５９５３－１９９９对非金属搀杂物级别不做请求，故参考ＧＪＢ２２９４－１９９５评定）。
１．５断口扫描电镜及能谱剖析
经过扫描电镜（ＳＥＭ）对生效螺钉螺杆一侧断口实行调查，断口低倍状貌如图３所示。断口上未见显然的冶金缺点，亦未见显然的塑性变形。螺钉十字槽底可调查到颜色较暗的笼罩物。在螺钉外貌面处可调查到一圈具备金属光辉的新鲜断口，此为螺钉终断区。十字槽底与终断区中央部份的断口较平坦、纯洁。将螺钉十字槽底部断口夸大调查，看来断面上存在较厚的笼罩层，如图４所示。对笼罩层实行能谱（ＥＤＳ）剖析，事实显示其含有３８．９５％（原料分数，下同）的镉和５．４９％的氧，如图５所示。
裂纹增添区断口表面较纯洁，未见腐化产品，重要为冰糖状脆性沿晶断裂状貌，晶粒表面较显然，晶面较平展，看来微小的鸡爪状扯破棱线，如图６所示。终断区断口宏观状貌为韧窝，如图７所示。
由螺钉十字槽底存在含氧和镉的笼罩层也许判定，螺钉十字槽底起先开裂，优先与外界处境来往。连接终断区位于螺钉外貌面也许判定，裂纹发源于螺钉十字槽底部，并逐渐向外圈增添，在装置经过中力的影响下螺钉于外圈表面处产生断裂。
１．６氢含量测定
在断裂螺钉上取样实行氢含量测定，事实显示螺钉氢含量为０．０００２４％（原料分数，下同）。
２剖析与商议
生效螺钉化学成份合乎准则技巧请求，显微机关寻常，非金属搀杂物品级也满意准则请求，且未见显然的冶金缺点。因而，也许消除原材料题目致使螺钉断裂生效的也许。
归纳体视显微镜和扫描电镜断口调查事实也许发掘：螺钉断裂场所在螺钉帽与螺钉杆毗邻处，断口平坦，无显然塑性变形，大部份断口表面发暗，螺钉断裂场所外貌面处的一圈可调查到较新鲜的断口，讲解螺钉外貌面为终断区。
扫描电镜宏观状貌调查及能谱剖析事实讲解，螺钉十字槽底部断面存在较厚的、含氧和镉的笼罩层，讲解此处起先开裂，与外界处境（高温、氧化、电镀镉槽液）来往，即螺钉十字槽底部为裂纹源区。连接终断区位于螺钉外貌面的宏观调查事实，也许判定出裂纹发源于螺钉十字槽底部，逐渐向外圈增添，螺钉外圈在装置经过中受力产生断裂。
螺钉裂纹源区表面存在笼罩层，其重要成份为氧和镉，连接其状貌与成份推想该笼罩层颗粒物为氧化镉。经与螺钉临盆厂家疏导，发掘该批螺钉电镀镉槽液组分中就包罗氧化镉，进一步解释裂纹源区笼罩层表面存在氧化镉。镉元素只会在电镀镉经过中引入，讲解在电镀镉工艺以前裂纹就曾经存在。排查螺钉的临盆工艺，表面责罚前也许造成螺钉开裂的工序有两个：①螺钉十字槽冷镦经过中由于工艺欠妥等出处造成十字槽底造成微裂纹；②螺钉十字槽冷镦经过中槽底产生板滞损伤，造成应力纠合，在后续热责罚工序中造成淬火裂纹。
生效螺钉裂纹增添区断口表面较纯洁，存在细微氧化，但可清楚地调查到沿晶断裂状貌，与裂纹源区断口状貌显然不同，讲解后续裂纹增添与裂纹源区裂纹造成属于不同机理。裂纹增添区断口宏观状貌重要呈脆性沿晶冰糖状，晶粒表面较显然，晶面较平展，看来微小的鸡爪状扯破棱线，呈典范的氢脆断口宏观状貌。所谓氢脆，是指氢原子侵略基体材估中而引发的材料推迟断裂生效［１］。氢含量测定实验发掘生效螺钉的氢含量为０．０００２４％，而电镀镉经过中采取酸洗活化工艺，残留在裂纹源内的酸液以及电镀镉经过中析出的氢，为氢脆开裂供给了氢起源。从增添区断口宏观状貌与氢含量测定事实也许判定，断裂生效螺钉产生了氢脆开裂。
影响钢产生氢脆开裂的要素重要有抗拉强度、氢含量、应力纠合情状、受力情状等，此中氢含量和抗拉强度是最重要的两个要素［２］。通常钢中氢含量在０．０００５％以上时就会造成氢致裂纹［３］，但有文件［４］讲解，钢铁材料的氢脆敏锐性随强度的抬高赶紧增长。非常是当材料抗拉强度高出１０００ＭＰａ后尽管在氢含量较低的情状下也也许产生氢脆开裂。由生效螺钉显微维氏硬度实验数据换算的抗拉强度高达１３３５～１３７７ＭＰａ，关于这样高强度的钢而言，０．０００２４％的氢含量完整也许造成氢脆开裂。
生效螺钉在冷镦或热责罚经过中造成初始裂纹源，电镀镉经过中残留于裂纹源区内的酸洗液以及电镀经过中析出的氢为氢脆的产生供给了氢起源。氢原子吸附在材料表面，由于氢原子具备最小的原子半径，很轻易沿裂纹处渗入基体并沿基体散布，召集在裂纹顶端应力纠合处，两个吸附氢原子也许复合成一个Ｈ２分子［５－６］，造成庞大的压力，这个压力与材料内部的残剩应力连接在一同，当这个连接应力高出材料的顺从强度时［７］，就会致使螺钉内部造成裂纹并增添。
终断区断口状貌为韧窝，是由于氢脆裂纹增添造成螺钉本质承载面积下落，在装置应力影响下螺钉产生失稳延性断裂。
综上所述，生效螺钉在冷镦或热责罚经过中造成裂纹源，表面责罚经过中的残留酸洗液以及电镀经过中析出的氢为氢脆供给了氢起源，加之螺钉自身强度较高，轻易造成氢脆裂纹，氢脆裂纹造成后继续增添，低落了螺钉的本质承载面积，终究致使螺钉在装置应力影响下产生断裂生效。
３论断
生效螺钉头部十字槽槽底在冷镦成型或热责罚经过中造成微裂纹，成为裂纹源，在后续的表面责罚经过中，氢沿裂纹处渗入基体，加之螺钉强度偏高，高出计划请求，进而致使螺钉产生氢脆开裂并增添，本质承载面积低落，终究在装置应力影响下失稳断裂。
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