作者：范奇达 张文波 应佳舟
来源：《汽车与驾驶维修（维修版）》2022年第05期
关键词：氢脆;折叠;轴向载荷;延迟断裂;摩擦系数;装配扭矩
0引言
某车型在大气环境、无腐蚀性介质情况下，装配完成一段时间后，发现发动机舱盖打不开。检查发现，用于固定发动机舱盖锁扣支架的自攻螺钉存在断裂现象（图1）。通过对所有装配完成的车辆发动机舱盖进行排查，螺钉断裂失效比例较低。为分析螺钉断裂原因，对已失效的断裂件和完好件进行分析。
自攻螺钉规格为ST4.2×1.41×16，材质为SWRCH22A，装配扭矩为2.5±0.5N·m，其制造工艺为冷镦——搓丝——热处理——表面处理（电镀锌镍）——驱氢（205℃保温8h）。检查发现，失效螺钉断裂均发生于螺纹部位。
1试验分析
1.1断口分析
螺钉的断裂形式相似，未断裂在头部与杆部交界处。随机选取其中一枚螺钉进行断口
分析。观察失效螺钉的断口低倍形貌（图2），断面粗糙，无明显颈缩，且未发现有明显的腐蚀产物和冶金缺陷。断口有放射线花样，边缘处仅有特征不明显的剪切唇。为便于描述，将断口分为A1、B1和C1三个区域进一步描述。
观察失效螺钉断口的微观形貌（图3），A1区可见明显的“冰糖状”沿晶形貌，并伴随晶间二次裂纹，晶面可见明显的“鸡爪纹”。B1区微观形貌可见明显的“冰糖状”沿晶形貌，并伴随晶间二次裂纹，晶面可见明显的“鸡爪纹”，同时可见明显的准解理形貌。C1区微观形貌可见明显的韧窝形貌。
1.2化学成份分析
按照GB/T4336-2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法（常规法）》的检测要求，采用光谱仪（型号MAXx09-A）对失效螺钉的头部进行化学成分分析，头部经过加工取表面渗碳层。结果显示，失效螺钉的化学成分符合Q/BQB517-2019《冷镦钢盘条企业标准》中对SWRCH22A钢的要求（表1）。
1.3金相检测
垂直断口截取失效螺钉杆部纵截面进行金相观察，可见起裂区存在明显的折叠裂纹（图4）。检测失效螺钉断口相邻螺纹金相组织，经测量，螺纹部位渗碳层深度为0.22mm，符合技术要求（0.10～0.23mm）。检测失效螺钉断口相邻螺纹牙底金相组织，可见明显的以牙底折叠为起源的沿晶裂纹（图5）。
检测失效螺钉芯部显微组织（图6a），为均匀的回火马氏体[1]，无异常。观察螺钉的非金属夹杂物形态[2]，根据GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》规定，判定为D类球状氧化物（细系）1级，无异常（图7b）。
1.4硬度检测
对失效螺钉进行表芯硬度试验，结果表芯硬度均符合GB/T3098.5-2016《紧固件机械性能自攻螺钉》的相关要求。同时按照硬度梯度仲裁实验法，在金相试件的螺纹轮廓上用试验力300g的显微维氏硬度进行检验，其渗碳层深度为0.23mm，满足符合技术要求（0.10～0.23mm）。
1.5氢脆试验
根据GB/T3098.17-2000《紧固件机械性能检查氢脆用预载荷试验平行支承面法》规定，选取实测最小破坏扭矩（5.17N·m）的0.9倍（4.65N·m）作为氢脆试验拧紧扭矩。保持48h后将组合件进行拆卸，并对螺钉进行观察，螺纹部位未发现裂纹（图7），氢脆试验结果符合标准要求。
1.6装配扭矩确认
自攻螺钉的拧紧扭矩如太高，会导致螺钉断裂或打滑;拧紧扭矩如太低，会导致零件无法夹紧甚至无法贴合，因此合适的拧紧扭矩至关重要。为此，参考车型的资料得如下建议公式：
MA=MS+k×（MO-MS）（1）
式中MA——工艺扭矩
发动机盖隔音棉 MS——贴合扭矩
MO——破坏扭矩
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