一、差速器螺栓失效背景

某客户在开展整车道路试验过程中，于太原、长沙两地进行的整车下线实况路试阶段，多次出现螺栓断裂失效问题。经现场勘查确认，断裂位置集中于螺栓螺牙与光杆部位的过渡区域，统计显示失效比例约为0.014%。

该客户所使用的螺栓装配于变速器箱体内部的差速器总成上，装配过程中严格遵循操作规范，每日作业前均使用扭矩扳手进行校准。为深入探究螺栓断裂的根本原因，客户将断裂的试样委托优尔鸿信实验室开展专业分析。

二、差速器螺栓分析项目

客户定制螺栓材料历经冷镦成型、搓丝加工、热处理强化及表面磷化防护等工艺流程，装配于变速器箱体内差速器总成。单个差速器单元配置12枚规格为M12×26的12.9级高强螺栓（材质SCM435，硬度39~44HRC），装配扭矩值为145±10N·m（工艺实际设定145N·m）。通过立体显微镜、金相显微镜、维氏硬度计、原子发射光谱仪及SEM-EDS联用分析仪等精密检测设备，系统开展表面形貌观测、成分解析、金相组织分析、硬度梯度测试及化学元素定量分析，获取多维度实验数据并进行综合技术评估。

三、差速器螺栓分析结果

-断口表面观察

对断口形貌进行观察，断裂1试样断口平齐，有明显的放射线与撕裂棱存在，A为放射线的起源位置，应为裂纹源位置。

-断口SEM+EDS分析

对断裂螺栓断口实施SEM-EDS联用分析（结果详见图3~4及表2）发现：

1. 裂纹源区均存在明显摩擦痕迹，且成分中检出特征性P、Zn元素富集，结合表面磷化处理工艺特征，推断该区域可能存在磷化前预损伤微小裂纹；

2. 裂纹扩展区呈现典型延晶断裂，伴生氢脆特征性鸡爪纹及微孔洞；

3. 瞬断区呈现准解理断裂特征；

综合判定：该螺栓断裂机制为氢脆诱导的脆性断裂失效。

-试样切面分析

对断裂螺栓及正常位置切面形貌观察，结果如图5所示：断裂试样断口附近螺牙未发现有裂纹，断口附近基材内部未发现有缺陷；正常试样螺牙及杆部也未发现有裂纹，螺栓质量良好。

-试样金相组织分析

对起泡位置与正常位置金相组织进行分析，结果如图6所示：芯部及牙部组织均为回火屈氏体+少量铁素体，牙部表层未发现有脱碳层。

-试样硬度

对断裂螺栓断口及正常试样牙部及芯部硬度进行测试，结果如表3所示：断裂及正常试样芯部硬度~430HV0.3，符合12.9级螺栓对材质硬度要求，断裂试样牙部硬度较芯部高，~480HV0.3，超出规格要求。

-试样化学成分

对断裂螺栓的化学成分进行测试，结果如表2所示：试样材质化学成分均符合SCM435规格。

四、差速器螺栓分析结论

基于断裂与正常螺栓的系统比较分析表明：

1. 螺栓材料成分符合SCM435标准，正常螺杆及断裂螺牙组织完整，未发现有裂纹等缺陷（芯部/牙部均为回火曲氏体+少量铁素体，牙部无脱碳），但断裂螺栓呈现以下特征：

1. 裂纹源区存在磷化工艺特征性P/Zn元素富集及摩擦痕迹，提示磷化处理工艺前螺栓上存在有微裂纹；

2. 断口鸡爪纹及孔洞为螺栓氢脆典型特征；

3. 断裂螺牙硬度超标（高于芯部硬度且超出12.9级规范），显著增加脆性风险

2. 失效分析：

1. 磷化工艺虽普遍存在氢脆倾向，但本案失效比例低且断裂时间分散，非主因；

2. 预存微裂纹（因素1）与螺牙硬度超标（因素3）为脆断主导因素。

结论与建议：

建议优化螺栓加工工艺链，重点管控：螺栓表面加工质量，消除微裂纹缺陷，同时磷化处理后要做好除氢工艺，强化螺牙硬度规格控制，确保符合12.9级技术要求。

上述失效分析检测案例仅作为一般性参考示例，实际产品材料失效问题的解决，需结合实际情况定制方案，建议直接联系优尔鸿信专业客服，获取实验室检测技术支持，高效解决产品或材料失效问题。感谢关注！

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