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    在進行緊固件失效分析 時，我們經(jīng)常遇到多種情況綜 合導(dǎo)致或加速失效的模式。今 天，我們將研究一起案例，討 論環(huán)境條件和工藝技術(shù)是如何 綜合作用，促使緊固件失效。 背景 客戶提供了15件斷裂的建 筑螺釘，用于將金屬波紋屋面 固定在木框上。另外還包括5件 雖使用過，但完好的2英寸長建 筑螺釘和3件使用過完好的1.5 英寸長建筑螺釘。螺釘據(jù)說是 由SAE/AISI 1018鋼制造，并在 美國以外的國家進行熱處理。 為防止螺釘腐蝕，美國緊固件 公司在收到螺釘后就進行非電 解鋅鎳涂層的鉻酸鹽鈍化處 理。螺釘頭部還涂有油漆層。 螺釘用于牲口棚金屬屋面的固 定。在金屬屋面和木框之間約 有3/4英寸的空隙進行螺釘固 定。 

     外觀檢查 借助10×到70×放大倍率的立體顯微鏡檢查螺釘外觀。螺釘是直徑 為1/4英寸的六角頭帶墊圈面的自鉆螺釘。圖1顯示在螺釘螺紋上發(fā)現(xiàn)有 雜質(zhì)和銹斑。但在斷裂端附近沒有螺紋延伸或螺釘縮頸的跡象。圖2顯示 的是在清洗除去雜質(zhì)和腐蝕物后，螺釘牙底露出的粗糙表面。圖3顯示許 多斷裂外觀相似，沒有金屬磨損或明顯塑性變形特征的平面。沒有可引 致疲勞失效的海灘標記或棘輪標記的跡象。 化學(xué)分析 螺釘?shù)幕瘜W(xué)成分分析符合SAE J403(2001年11月修訂版)的SAE/AISI 普碳鋼1018和1022規(guī)定，雖然有滲碳層略微 提高了其含碳量。 

    掃描電鏡/EDS微觀分析 斷裂螺釘周界顯示是延展芯部范圍內(nèi)的 沿晶脆性斷裂（具體見圖4）。有些螺釘顯示更 深的沿晶斷裂和芯部的準解理斷裂。許多周 界顯示沿晶斷裂的特征，如圖5顯示的氫脆特 性，包括晶間分離、微孔、微裂紋和極細裂縫 紋路。EDS分析在金屬基體和螺紋涂層上進 行，雖然沒有檢測到涂層上有鎳，但發(fā)現(xiàn)有強 烈的鋅反應(yīng)。 微觀組織檢查 從幾件斷裂的螺釘上制取橫截面和縱截 面，拋光并用2%硝酸酒精溶液制備供25×到 1000×倍率的光學(xué)顯微進行金相檢查。 圖6顯示與牙底區(qū)域相關(guān)的表面和表層下 的裂紋。裂紋中沒有觀察到高溫氧化。雖然基 體金屬是健全的，但需要注意的是硫化夾雜物 集中在螺釘芯部區(qū)域。 螺釘酸蝕顯示淺滲碳硬化層。幾乎所有牙 底裂紋都集中在滲碳硬化層范圍內(nèi)。

    略微滲碳 的硬化層區(qū)域厚度似乎看來只有0.005英寸或 更少。滲碳層微觀組織由輕微回火馬氏體和少 量奧氏體殘余組成。芯部微觀組織還顯示已硬 化并輕微回火的馬氏體和貝氏體基體。 顯微硬度測試 在芯部和滲碳層區(qū)域進行努氏顯微硬度 測試，試驗力為500gf。按ASTM E140-07將平 均努氏硬度值轉(zhuǎn)換為近似的洛氏C硬度值。芯 部平均硬度為44HRC(449HK500gf)，滲碳層 區(qū)域硬度為56HRC(659 HK500 gf)。