在进行紧固件失效分析 时，我们经常遇到多种情况综 合导致或加速失效的模式。今 天，我们将研究一起案例，讨 论环境条件和工艺技术是如何 综合作用，促使紧固件失效。 背景 客户提供了15件断裂的建 筑螺钉，用于将金属波纹屋面 固定在木框上。另外还包括5件 虽使用过，但完好的2英寸长建 筑螺钉和3件使用过完好的1.5 英寸长建筑螺钉。螺钉据说是 由SAE/AISI 1018钢制造，并在 美国以外的国家进行热处理。 为防止螺钉腐蚀，美国紧固件 公司在收到螺钉后就进行非电 解锌镍涂层的铬酸盐钝化处 理。螺钉头部还涂有油漆层。 螺钉用于牲口棚金属屋面的固 定。在金属屋面和木框之间约 有3/4英寸的空隙进行螺钉固 定。 

     外观检查 借助10×到70×放大倍率的立体显微镜检查螺钉外观。螺钉是直径 为1/4英寸的六角头带垫圈面的自钻螺钉。图1显示在螺钉螺纹上发现有 杂质和锈斑。但在断裂端附近没有螺纹延伸或螺钉缩颈的迹象。图2显示 的是在清洗除去杂质和腐蚀物后，螺钉牙底露出的粗糙表面。图3显示许 多断裂外观相似，没有金属磨损或明显塑性变形特征的平面。没有可引 致疲劳失效的海滩标记或棘轮标记的迹象。 化学分析 螺钉的化学成分分析符合SAE J403(2001年11月修订版)的SAE/AISI 普碳钢1018和1022规定，虽然有渗碳层略微 提高了其含碳量。 

    扫描电镜/EDS微观分析 断裂螺钉周界显示是延展芯部范围内的 沿晶脆性断裂（具体见图4）。有些螺钉显示更 深的沿晶断裂和芯部的准解理断裂。许多周 界显示沿晶断裂的特征，如图5显示的氢脆特 性，包括晶间分离、微孔、微裂纹和极细裂缝 纹路。EDS分析在金属基体和螺纹涂层上进 行，虽然没有检测到涂层上有镍，但发现有强 烈的锌反应。 微观组织检查 从几件断裂的螺钉上制取横截面和纵截 面，抛光并用2%硝酸酒精溶液制备供25×到 1000×倍率的光学显微进行金相检查。 图6显示与牙底区域相关的表面和表层下 的裂纹。裂纹中没有观察到高温氧化。虽然基 体金属是健全的，但需要注意的是硫化夹杂物 集中在螺钉芯部区域。 螺钉酸蚀显示浅渗碳硬化层。几乎所有牙 底裂纹都集中在渗碳硬化层范围内。

    略微渗碳 的硬化层区域厚度似乎看来只有0.005英寸或 更少。渗碳层微观组织由轻微回火马氏体和少 量奥氏体残余组成。芯部微观组织还显示已硬 化并轻微回火的马氏体和贝氏体基体。 显微硬度测试 在芯部和渗碳层区域进行努氏显微硬度 测试，试验力为500gf。按ASTM E140-07将平 均努氏硬度值转换为近似的洛氏C硬度值。芯 部平均硬度为44HRC(449HK500gf)，渗碳层 区域硬度为56HRC(659 HK500 gf)。