螺钉使用于零件的紧固，装配后放置库存一段时间，出库时发现螺钉个别发生横向断裂。螺钉生产工艺：抽线——打头——搓牙——热处理（渗碳：淬火温度880-900℃左右＋回火温度380℃左右，120分钟）——表面处理（镀锌）——去氢处理（温度200-250℃，4小时）——选别——包装出货。技术要求：螺钉材质为优质低碳钢，渗碳表面硬度≥HV450，心部硬度HV270～390，镀锌厚度约5～8µm。为查找断裂原因，分别对同批使用断裂，使用未断裂的螺钉及同供应商生产的未使用螺钉分别进行分析，结果如下：

1 宏观观察

零件使用三个螺钉，发现三个中一个断裂，螺钉断裂发生在根部，断口为横向平断口，没有明显塑性变形，属宏观脆性断裂，见图1。

2 取样位置

分别从图2中1#（使用未断），2#（使用断裂），3#（未使用）螺钉检测显微组织、维氏硬度检测，2#断口样品还进行断口微观形貌观察。

3 微观观察

3.1螺钉纵向微观观察

对1#~3#样品纵向进行金相磨制，观察发现，2#样品裂纹源区及附近螺纹齿根部有微裂纹，根部微裂纹走向形态类似，并且还发现裂纹源附近有一横向微裂纹，微裂纹呈锯齿状向内延伸，裂纹内未见异常，见图3；3#样品螺纹齿根部也发现有微裂纹，见图4。

3.2 显微组织观察及镀层厚度

对1#-3样品横向进行显微组织观察，样品边缘显微组织均为：回火高碳马氏体，见图5，心部均为：回火低碳马氏体+贝氏体，见图6。样品表面有镀层厚度约为15.9µm。见图7，

5 断口观察+X射线能谱分析

对2#断口样品经超声波酒精溶液清洗后，利用扫描电子显微镜+X射线能谱仪进行微观形貌观察和微区成分分析，断口观察发现，断裂螺钉的裂纹源起始于螺纹根部，裂纹源（A）区为沿晶断口＋二次裂纹，见图8，裂纹扩展区和瞬间断裂区(B)为沿晶断口+二次裂纹+准解理，沿晶面上有鸡爪状花样，见图9，对螺纹外表面(EDS1)、断口裂纹源(EDS2)及裂纹扩展区(EDS3)分别进行微区成分分析，能谱检测结果见下表。

6 分析

6.1 裂纹组织特征

金相微观观察，断裂螺钉根部存在横向微裂纹，并且裂纹呈锯齿状向内延伸，裂纹内未见异常，具有氢脆延滞断裂裂纹特征；螺钉微观组织：边缘为回火高碳马氏体，心部为回火低碳马氏体＋贝氏体；通常优质低碳钢，淬火心部组织应该为珠光体＋铁素体，不应该得到马氏体组织，说明螺钉的心部碳含量已经相当高，增加了螺钉的淬透性，淬火得到马氏体组织。

6.2 断口特征

螺钉断裂起始于螺钉根部，裂纹源区为沿晶断口＋二次裂纹，裂纹扩展区及瞬间断裂区为沿晶断口+二次裂纹+准解理，沿晶面上有鸡爪状花样，具有氢脆断口的鸡爪花样特征，断裂属于氢脆延滞断裂。

6.3 硬度和镀层厚度分析

对样品分别进行维氏硬度检测，表面和心部硬度在合格范围，但是心部硬度接近上限，使螺钉整体硬度偏高，强度增加，脆性增大。厚度超标。

6.4 受力分析

从螺钉断后零件局部出现起翘，充分说明该断裂螺钉承受的外力较大。由于螺钉渗碳后，心部碳含量增加，使螺钉整体强度增高，对高强钢，氢脆的表观特征一般是表现为低应力延迟破坏，当应力低于门槛应力值时，不发生断裂，通常室温附近氢脆敏感性最大，当螺钉承受一定外力时，超过门槛值应力的螺钉首先发生断裂。

7 初步结论

该螺钉断裂是因为螺钉渗碳时心部碳含量增加，心部淬火后回火得到回火低碳马氏体组织，使心部硬度偏高，脆性增大，加之螺钉表面可能除氢效果不好，导致使用时部分螺钉产生氢脆延滞断裂。