40Cr齒輪箱端電鍍螺栓，規(guī)格為M10，等級(jí)為8.8級(jí)。螺栓用于連接某齒輪箱端蓋，在服役一段時(shí)間后螺栓頭部掉落。

斷裂螺栓的斷面平坦，一側(cè)已被磨平，斷口附近無(wú)明顯宏觀塑性變形，斷裂面邊緣可見碰傷痕跡，見圖11-93所示。

圖11-93  斷裂螺栓宏觀形貌

斷裂面掃描電鏡觀察，斷裂面邊緣存在疲勞條帶，見圖11-94。

 圖11-94 斷面宏觀形貌

采用直讀光譜法對(duì)螺栓進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果化學(xué)成分符合40Cr材料的技術(shù)要求。

對(duì)螺栓進(jìn)行金相檢查，螺栓表面有脫碳，見圖11-95。

螺栓心部金相組織，為回火索氏體，見圖11-96。

圖11-95  螺栓表面脫碳組織                圖11-96 螺栓心部金相組織

對(duì)螺栓進(jìn)行表面硬度梯度及心部硬度試驗(yàn)，表面硬度梯度，見圖11-97；心部硬度梯度，見圖11-98。

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

螺栓化學(xué)成分、表面及心部硬度均符合《ISO 898-1-2009》相關(guān)要求；金相組織正常，說(shuō)明螺栓斷裂與材質(zhì)和熱處理無(wú)關(guān)。

從斷口形貌可知，螺栓表面有輕微脫碳，斷口側(cè)面有碰傷痕跡，側(cè)面碰傷后在交變應(yīng)力作用容易產(chǎn)生微裂紋。

斷面無(wú)明顯宏觀塑性變形，斷面有疲勞條帶，說(shuō)明螺栓受到交變應(yīng)力作用，側(cè)面碰傷后產(chǎn)生的微裂紋疲勞擴(kuò)展；而導(dǎo)致螺栓疲勞斷裂。

根據(jù)以上分析，可以得出如下結(jié)論與啟示：

（1）齒輪箱端蓋螺栓的斷裂為疲勞斷裂。

（2）由于螺栓表面有輕微脫碳，桿部碰傷，碰傷處在交變應(yīng)力作用產(chǎn)生微裂紋，裂紋疲勞擴(kuò)展，最后疲勞斷裂。

（3）要防止螺栓熱處理脫碳，淬火時(shí)采用的保護(hù)氣氛應(yīng)滿足工藝要求。