电镀螺栓断裂失效分析检验

40Cr齿轮箱端电镀螺栓，规格为M10，等级为8.8级。螺栓用于连接某齿轮箱端盖，在服役一段时间后螺栓头部掉落。

断裂螺栓的断面平坦，一侧已被磨平，断口附近无明显宏观塑性变形，断裂面边缘可见碰伤痕迹，见图11-93所示。

图11-93  断裂螺栓宏观形貌

断裂面扫描电镜观察，断裂面边缘存在疲劳条带，见图11-94。

 图11-94 断面宏观形貌

采用直读光谱法对螺栓进行化学成分分析，分析结果化学成分符合40Cr材料的技术要求。

对螺栓进行金相检查，螺栓表面有脱碳，见图11-95。

螺栓心部金相组织，为回火索氏体，见图11-96。

图11-95  螺栓表面脱碳组织                图11-96 螺栓心部金相组织

对螺栓进行表面硬度梯度及心部硬度试验，表面硬度梯度，见图11-97；心部硬度梯度，见图11-98。

图11-97  表面硬度梯度                  图11-98 心部硬度梯度

螺栓化学成分、表面及心部硬度均符合《ISO 898-1-2009》相关要求；金相组织正常，说明螺栓断裂与材质和热处理无关。

从断口形貌可知，螺栓表面有轻微脱碳，断口侧面有碰伤痕迹，侧面碰伤后在交变应力作用容易产生微裂纹。

断面无明显宏观塑性变形，断面有疲劳条带，说明螺栓受到交变应力作用，侧面碰伤后产生的微裂纹疲劳扩展；而导致螺栓疲劳断裂。

根据以上分析，可以得出如下结论与启示：

（1）齿轮箱端盖螺栓的断裂为疲劳断裂。

（2）由于螺栓表面有轻微脱碳，杆部碰伤，碰伤处在交变应力作用产生微裂纹，裂纹疲劳扩展，最后疲劳断裂。

（3）要防止螺栓热处理脱碳，淬火时采用的保护气氛应满足工艺要求。