1.螺絲鎖緊螺母制造工藝。
螺絲鎖緊螺母在制造過程中，常見的失效形式是斷裂。一般來說，螺絲鎖緊螺母的制造工藝是:材料改性-冷鐓-車削頭、倒角、鉆中心孔-鉆螺紋底孔-去毛刺-攻絲螺紋-去磷、熱處理-磨螺紋毛坯直徑-滾絲-(酸洗)氧化處理-探傷、退磁-(酸洗)下圖1為破損件、模擬破損件、完好件；圖2顯示了斷裂的宏觀形態(tài)。
2.螺絲鎖緊螺母斷裂分析。
螺絲鎖緊螺母斷裂的原因可能來自材料和結(jié)構(gòu)方面，也可能是本身的強(qiáng)度。因此，根據(jù)其工藝和材料知識(shí)，采用放大鏡和顯微鏡進(jìn)行金相和硬度分析。
(1)斷裂分析。
利用低倍放大鏡和高倍顯示鏡觀察斷口的宏觀和微觀形貌，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和金屬材料及微觀形貌，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和金屬材料知識(shí)進(jìn)行斷口分析。
圖1顯示了斷裂的宏觀形態(tài)。1#件斷口較平整，無明顯塑性變形痕跡。斷口外緣剪切唇為新鮮淺灰色(如短箭頭所示)，其他區(qū)域基本氧化發(fā)黑(如長(zhǎng)箭頭所示)。2#斷口宏觀形貌與1#斷口相似，斷口無明顯塑性變形痕跡。外環(huán)邊緣為剪切唇，淺灰色，為新鮮斷口(如圖1短箭頭所示)，其他區(qū)域表面基本氧化發(fā)黑(如圖1長(zhǎng)箭頭所示)。
通過觀察1#件斷口黑色區(qū)域的微觀形貌2，可以看出斷口有明顯的氧化腐蝕，但晶體形貌仍然是冰糖，晶體之間存在二次裂紋。由于橫截面有氧化腐蝕現(xiàn)象，無法確定產(chǎn)品表面是否有雞爪毛紋；斷口外緣的微觀形貌4為韌窩形貌，該區(qū)域?yàn)樽罱K斷裂區(qū)。
通過觀察斷口2#片除邊緣剪切唇以外的黑色區(qū)域斷口的微觀形貌，可以看出晶粒間有類冰糖的沿晶斷裂和次生裂紋；斷口外緣的微觀形貌為等軸韌窩形貌。
(2)金相分析。
用金相分析儀觀察了完整件和1#斷裂件的近芯金相組織和斷口，并結(jié)合熱處理知識(shí)進(jìn)行了5%的對(duì)比分析。
經(jīng)分析觀察，均為均勻回火索氏體，無異常。
(3)硬度分析。
對(duì)完整零件和破損零件進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果如表1所示。破碎部位表面硬度過高，達(dá)不到12.9級(jí)螺絲的硬度要求。
(4)化學(xué)成分分析。
失效零件在裝配過程中斷裂，有明顯的黑色和新斷裂區(qū)域(如圖2、圖4和圖5所示)。黑色區(qū)域表面氧化嚴(yán)重，新鮮斷口無氧化，說明兩個(gè)區(qū)域不是同時(shí)產(chǎn)生的。斷口黑色區(qū)域呈邊緣斷裂狀，伴有晶間二次裂紋，以氫脆斷裂為特征。橫截面外緣的新斷裂區(qū)域?yàn)轫g窩形態(tài)。晶間斷口表面已基本氧化腐蝕，但邊緣終裂區(qū)無明顯氧化腐蝕產(chǎn)物，表明后續(xù)表面氧化處理前送檢零件存在裂紋。送檢零件的金相組織和化學(xué)成分無異常。
用直讀光譜儀分析完整零件和破損零件的化學(xué)成分，結(jié)果如表2所示。根據(jù)“JISG4053-2008”，其化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)中SCM435鋼的要求。
氫含量檢測(cè)選擇了一個(gè)用過的完好部分和一個(gè)破損部分，結(jié)果如表3所示，說明檢驗(yàn)試驗(yàn)的氫含量比較高。但是氫含量太高，容易導(dǎo)致氫脆。因此，為了進(jìn)一步確認(rèn)氫脆的影響，再次取10個(gè)用過的完好件和10個(gè)破損件進(jìn)行氫含量檢測(cè)。
氫脆是氫滲入金屬引起的損傷，導(dǎo)致零件在低于材料屈服極限的靜應(yīng)力下斷裂，沒有預(yù)兆和突然性。零件中氫的來源通常包括原材料、熱處理、表面處理(如酸洗、電鍍)、環(huán)境腐蝕等。零件的氫脆敏感性不同。氫含量越高，強(qiáng)度、硬度和拉伸應(yīng)力越大，氫脆敏感性越高。
熱處理后，零件被軋制，頭部有一個(gè)深的內(nèi)六角孔，桿上有一個(gè)螺紋孔。這種結(jié)構(gòu)在滾壓外螺紋時(shí)容易在內(nèi)六角底部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力；滾軋外螺紋后，表面氧化處理使用酸。
水洗除油除銹導(dǎo)致氫滲入零件(根據(jù)氫含量檢測(cè)，螺母氫含量高達(dá)6~7ppm)，斷裂零件硬度高，氫脆敏感性高。因此，在氫和內(nèi)應(yīng)力的共同作用下，氫致裂紋首先出現(xiàn)在應(yīng)力集中的內(nèi)六角底部，裂紋表面在后續(xù)的氧化發(fā)黑過程中被腐蝕氧化。氫致裂紋的產(chǎn)生不僅造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，而且使零件的承載面積減小，導(dǎo)致零件在裝配應(yīng)力作用下斷裂。裝配過程中的斷裂斷面為新斷面，表面為韌窩形態(tài)，無氧化腐蝕。
(5)解決方案。
送檢零件斷裂原因是存在原始裂紋，為氫致裂紋，氫來源于氧化發(fā)黑前的酸洗。建議采取以下措施:
堿性電解用于除油除銹。如果無法避免酸洗，應(yīng)在滾壓外螺紋后進(jìn)行應(yīng)力消除處理，并在表面處理后4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行除氫處理。
這批零件氫含量高，硬度大，氫脆風(fēng)險(xiǎn)高，不能排除組裝零件氫致開裂的可能性。如果在使用過程中斷裂，會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成很大的安全隱患，建議召回并更換所有新的工藝部件。
