自擠螺釘規格為40×12-Z，材質為SAE1022，表面滲碳處理，滲碳層厚度要求0.05~0.18mm ，表面電鍍藍白鋅。

用於固定汽車方向盤某部件，裝配完成交付時，發現螺釘斷裂，頭部脫落。

取斷裂螺釘一件及部分完好螺釘進行分析，斷裂螺釘和完好螺釘的宏觀形貌，見圖12-34。

（1）螺釘宏觀檢查

螺釘斷裂位置位於頭下第一牙，為應力最大處，表面未發現可見缺陷；斷口未發現冶金缺陷，見圖12-35所示。

圖12-34 斷裂與未斷螺釘宏觀形貌 圖12-35 斷裂螺釘斷面宏觀形貌

（2）掃描電鏡斷口檢查

斷口掃描電鏡低倍檢查，斷口平齊，無宏觀塑性變形，見圖12-36。

圖12-36 斷口宏觀形貌

斷口掃描電鏡微觀檢查，斷口邊緣與心部的微觀形貌不相同，斷口邊緣為典型的冰糖狀沿晶斷口，並有晶間二次裂紋，放大後可見晶面上有明顯雞爪痕，見圖12-37、圖12-38。

螺釘心部斷口形貌，表現為準解理斷裂特徵，見圖12-39。

（3）材質成分化學分析

採用電感耦合等離子發射光譜法（ICP）對螺釘進行化學成分分析，分析結果，螺釘基體材料符合《SAE J430-2001》標準中SAE1022鋼的要求。

（4） 氫含量測定

取斷裂試樣殘件和完好試樣進行氫含量測定，測定結果：斷裂件氫含量11.5 ppm；完好件氫含量4.2 ppm。

圖12-37 斷口微觀冰糖狀形貌 圖12-38 晶面上有明顯雞爪痕

圖12-39 斷口心部微觀形貌

（5）金相檢查

對螺釘進行金相檢查，螺釘牙底有摺疊缺陷，位置大致位於每個牙底的相同部位，但斷口並不位於摺疊處。另外，在隨機挑選的一件完好螺釘上也發現了同樣的摺疊，且摺疊開口處均有鍍層，推測該摺疊是由搓絲板上的缺陷所造成，見圖12-40所示。

圖12-40 螺釘表面摺疊缺陷

將斷裂螺釘沿軸向剖開製成金相試樣，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，可見其組織為索氏體，無明顯夾雜偏析等缺陷，見圖12-41。

螺釘表面有滲碳層組織，可見螺紋部位已完全滲碳，牙底處滲碳層厚度大約為0.25mm，見圖12-42。

圖12-41 螺釘心部金相組織 圖12-42 螺釘表面滲碳層組織

（6）滲碳層硬度法確定滲碳層厚度

採用硬度法確定滲碳層厚度，根據《GB/T 3098.5-2000》標準中滲碳層厚度仲裁試驗—硬度法進行測試，以超過心部實際硬度30HV處開始計算滲碳層厚度，以心部實際硬度350HV10為依據，滲碳層厚度為0.22mm，高於技術指標要求的最大值0.18mm，試驗結果如圖12-43所示。

圖12-43 滲碳層厚度測試

（7）氫脆試驗

為驗證螺釘氫脆傾向，根據《GB/T 3098.17-2000》進行氫脆預載荷試驗。螺釘經保載48h預載荷試驗後檢查，未發現螺釘斷裂，但多處螺紋部位已開裂，如圖12-44。

對預載荷試驗後已開裂的螺釘進行檢查：

開裂的斷口掃描電鏡觀察，高倍可見斷口為沿晶斷裂形式，有二次裂紋，有明顯雞爪痕，如圖12-45所示。

圖12-44螺釘開裂宏觀形貌 圖12-45開裂斷口微觀形貌

10.9級螺栓（釘）的氫含量在10.0ppm以上，在應力作用下就會產生氫致裂紋，引起氫脆斷裂，螺栓（釘）氫含量越高，越容易引發氫致裂紋。

該斷裂螺釘的斷口平齊，斷口近表面滲碳層區域微觀形貌以冰糖狀沿晶斷裂為主，晶面上有大量雞爪形撕裂紋；心部為準解理形貌，這些都是氫脆斷裂的典型特徵。預載荷試驗也表明螺釘滲碳層是氫脆敏感區域。

鋼的強度越高，所受應力越大則氫脆敏感性就越高。氫脆斷裂是緊韌體產品失效機理中比較常見的一種，是零件在低於材料屈服極限的靜應力作用下導致的失效。它是由於氫滲入金屬內部導致的損傷，它無徵兆，具有突發性，因此，氫脆斷裂具有極大的破壞性。

該批螺釘在製作過程中經歷酸洗電鍍工藝，致使氫進入其中，電鍍後沒有除氫或除氫不徹底，使螺釘的氫含量較多。在載荷的作用下，氫含量較多的螺釘，其應力較大部位的頭下第一牙處，容易形成氫的區域性高濃度偏聚，氫致裂紋萌生並向內擴充套件，最終導致螺釘斷裂。

根據以上分析，可以得出如下結論與啟示：

（1）螺釘的斷裂性質是氫致延遲斷裂；

（2）滲碳螺釘電鍍後要及時除氫，除氫溫度、時間要滿足除氫工藝要求。