Page 54 - 理化检验-物理分册2023年第一期
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宋艳双, 等: 某铁路桥梁用20MnTiB钢高强螺栓断裂原因


            性断裂形貌; 裂纹扩展区可见河流花样, 呈解理形貌                          生氢致裂纹     [ 6 ] 。氢致断裂与氢元素的扩散、 聚集有
            特征; 断口处可见典型氢脆断口形貌( 鸡爪纹) 和微                         关, 氢致断裂具有无征兆性, 且具有较大的破坏力。
            小的二次裂纹。对断口起裂源处进行能谱分析, 结
                                                              4 结论与建议
            果未检测到磷、 硫等有害杂质元素。
                                                                   螺栓的断裂形式为氢致断裂。螺栓的断裂原因
            3 综合分析
                                                               为: 螺栓中 Mn元素含量偏高, 导致螺栓的耐腐蚀性
                 螺栓断口上未发现非金属夹杂物或孔洞缺陷,                          降低, 且螺栓长时间在雨水或水汽的环境下服役, 最
            说明氢脆裂纹在螺栓表面萌生。该高强螺栓施拧过                             终发生氢致断裂。
            程均为电动扳手完成, 且施工过程中均按照规范要                                建议使用化学成分符合标准的螺栓。酸洗时,
            求进行标定, 因此可排除超拧或欠拧导致该螺栓断                            在酸洗液中添加缓蚀剂, 缩短酸洗时间, 以避免产生
            裂的情况。由断口分析结果可知: 螺栓断口附近无                            氢元素。采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层,
            明显的宏观塑性变形, 断面相对平坦, 总体形貌呈典                          如机械镀锌或无铬锌铝涂层, 以避免发生氢脆。
            型的脆性断裂特征; 起裂源区位置呈清晰的颗粒状,                           参考文献:
            断面无腐蚀产物        [ 6 ] , 断口晶粒表面上可见鸡爪纹, 鸡

            爪纹为氢脆断口的典型微观形貌特征, 因此可以判                             [ 1 ]  姜招喜, 许宗凡, 张挺. 紧固件制备与典型失效案例

            定该高强螺栓的断裂形式为氢致断裂。螺栓表面采                                  [ M ] . 北京: 国防工业出版社, 2015.

                                                                [ 2 ]  齐延生, 胡晓峰, 王静, 等. 高强度螺栓断裂失效分析
            用发黑处理, 该工艺过程中会有一定的氢元素渗入,

            后处理中若除氢不彻底会导致螺栓内的氢元素含量                                  [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2018 , 54 ( 5 ): 359-363.

                                                                [ 3 ]  陆春振. 桥梁用高强度螺栓延迟断裂研究[ D ] .北

            较多。该高强螺栓未及时进行封闭处理, 长时间在
                                                                    京: 中国铁道科学研究院, 2019.
            雨水或水汽环境下服役, 螺栓会与外界发生化学或
                                                                [ 4 ]  焦丽, 王国亮, 徐向阳, 等. 柴油机曲轴断裂原因分析
            者电化学反应, 进而析出氢元素, 导致螺栓发生氢
                                                                    [ J ] . 金属热处理, 2015 , 40 ( 8 ): 195-198.
            脆。氢原子的尺寸较小, 除了可以在晶体点阵中形                             [ 5 ]  焦丽, 赵英军, 张伟民, 等.12.9级高强度螺栓断裂原

            成间隙原子外, 也会占据晶体点阵中的位错、 空穴、                               因分析[ J ] . 热处理, 2020 , 35 ( 4 ): 42-45.


            夹杂物及气孔等缺陷处。在载荷的作用下, 氢元素                             [ 6 ]  钟群鹏, 赵子华. 断口学[ M ] .北京: 高等教育出版



            高度聚集, 在应力和氢元素的共同作用下, 螺栓会产                               社, 2006.
                                                                                                          
            ( 上接第18页)
             [ 6 ]  许洪明, 温卫东, 刘芳. 含分层缺陷复合材料层合板压                [ 9 ]  王雪明, 谢富原. 复合材料构件分层缺陷的概率分析

                  缩强度试验研究[ J ] .航空发动机, 2013 , 39 ( 3 ): 73-         方法与群子理论模型[ J ] . 航空材料学报, 2013 , 33

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             [ 7 ]  SHORTGJ , GUILDFJ , PAVIERMJ.Theeffectof  [ 10 ]  王雪明, 谢富原. 复合材料层合板分层缺陷及其实验

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