氫脆是指由于氫滲入金屬內部，從而使金屬零 件或構件在低于材料屈服極限的靜應力持續作用下 發生失效的過程，其屬于低應力延遲脆性斷裂，具有 突發性，故氫脆具有極大的破壞性［１］。因此，在航空 裝備的生產、使用和維修過程中，任何可能誘發氫脆 的環節，均應引起人們的高度重視［２－６］。 

某型號飛機在起飛前的機務檢查過程中，發現 左起落架左后外剎車盤的１根緊固螺栓已斷裂。隨 后，對同型所有飛機的起落架剎車盤緊固螺栓進行 普查，未見異常。斷 裂 的 緊 固 螺 栓 為 Ｍ１６螺 栓，俄 制件，其材料對應國內牌號為３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ 超高 強度鋼，飛機表面為磷化處理。飛機經第３次修理 后，該螺栓又使用了２９６６ｈ，１５７７個起落，總飛行 １７２９５ｈ，９６５０個起落。

為查明該螺栓的斷裂原因，筆者對其進行了一 系列檢驗和分析，以防止類似事故的再次發生。 

１ 理化檢驗 

１.１ 宏觀分析 

斷裂螺栓在飛機上的位置如圖１所示，飛機起 落架剎車盤通過５根螺栓固定在輪軸架安裝座上， 螺栓套上墊片后由外套螺帽擰緊。斷裂螺栓為面對 剎車盤方向順時針第１根。螺栓斷裂位置與其外套 螺帽基本平齊（圖１可見螺栓斷裂處高于安裝座，高 度正好為外套螺帽與安裝座之間墊片的厚度），外套 螺帽、墊片及螺栓斷裂部分未找到。

斷裂螺栓的宏觀形貌如圖２所示，可見螺栓從 螺紋段第１扣和第２扣的螺紋底部發生斷裂，螺紋 光桿段部位、退刀槽及螺紋底部局部可見腐蝕痕跡。螺栓斷口整體較為潔凈，局部可見黃褐色腐蝕痕跡， 斷口整體較為平直，基本垂直于軸線方向。斷口斷 面形貌大致分為兩個區域：Ⅰ區較為粗糙，有顆粒狀特征；Ⅱ區較為細膩平滑，斷裂棱線特征明顯。根據 斷裂棱線收斂的方向判斷，斷裂起始于Ⅰ區，向Ⅱ區 擴展，Ⅱ區外緣有剪切唇特征，為最終斷裂區，如圖 ３所示。觀察螺栓斷口Ⅰ區對應側表面螺紋底部宏 觀形貌，局部可見腐蝕特征，如圖４所示。

１.２ 微觀分析 

采用掃描電鏡對螺栓斷口進行微觀觀察。螺栓 斷口Ⅰ區微觀形貌以沿晶特征為主，局部可見韌窩 花樣，晶粒輪廓鮮明，晶界面上伴有雞爪紋特征，如 圖５所示。斷口Ⅱ區微觀形貌以韌窩花樣為主，局 部可見沿晶特征，如圖６所示。剪切唇部位微觀形 貌為典型的韌窩特征，如圖７所示。

觀察斷口Ⅰ區對應側表面螺紋底部微觀形貌， 可見螺紋底 部 存 在 局 部 磷 化 層 剝 落 及 明 顯 腐 蝕 特 征，如圖８所示。對斷口Ⅰ區側表面螺紋底部腐蝕 部位和完整磷化層表面進行能譜（ＥＤＳ）分 析，結 果 表明，螺紋底部腐蝕部位的腐蝕元素主要為硫元素和氧元素，分析結果見表１。

1.３ 其他檢驗 

對斷裂螺栓進行硬度測試和金相檢驗，實測螺栓 的硬度為４９．６ＨＲＣ，換算成抗拉強度為１７００ ＭＰａ， 說明螺栓材料的強度級別高，屬于超高強度鋼。斷裂 螺栓的顯微組織為正常的回火馬氏體，未發現明顯組 織缺陷，如圖９所示。從螺栓光桿段取樣進行氫含量 測定，實測氫的質量分數約為２×１０－６％，滿足氫質量 分數不超過５×１０－６％的技術要求。

２ 分析與討論 

螺栓斷口無宏觀塑性變形，斷口平齊，斷面可見 明顯放射狀斷裂棱線，微觀可見其主要為沿晶與韌 窩混合特征，沿晶面較為潔凈，且有典型的雞爪痕， 最后斷裂區為韌窩形貌，說明螺栓的斷口具有氫脆 斷裂特征，其斷裂性質為氫脆斷裂。 

螺栓發生氫脆斷裂，其內部必須含有一定量的 氫，鋼中的氫主要有３種來源：在冶煉、焊接及熱處 理過程中進入的氫；在電鍍、酸洗等工藝過程中進入 的氫；使用過程中，吸收腐蝕環境中產生的氫及高溫氫氣氛中吸 氫［７－１１］。前 兩 種 途 徑 進 入 的 氫，一 般 在 螺栓使用前或使用后較短時間內就會導致螺栓出現 裂紋或斷裂；而在使用過程中因為腐蝕而進入的氫 （陰極析氫反應），則跟腐蝕發生的時機及腐蝕程度 有關，通常需要較長的時間才會開裂。飛機經歷了 ３次大修，大修時均會對螺栓進行探傷，探傷檢查均 未發現有裂紋，螺栓的總使用 時 間 為１７２９５ｈ，第３ 次大修后的使用時間接近３０００ｈ，故可以排除前兩 種途徑進入的氫。同時，飛機使用過程中起落架部 位也不存在高溫氫氣氛，因此，導致螺栓發生氫脆斷 裂的氫來源于腐蝕過程中產生的氫。

斷裂螺栓的理化檢驗表明，螺栓斷裂部位與其 外套螺帽基本平齊，斷裂起源于螺栓的螺紋底部，外 面有外套螺母包圍，處于一個相對比較封閉的空間， 很容易形 成 閉 塞 電 池。由 于 閉 塞 電 池 下 的 水 解 作 用，表面損傷部位在潮濕空氣或水溶液中會產生尖 部 酸 化，從而在腐蝕過程中產生陰 極析氫反 應［１２－１３］。從工廠大修工藝來看，工廠大修時對螺栓 的檢查只有磁粉探傷，而沒有針對微區損傷的檢查， 螺栓斷口對應側表面螺紋底部可見明顯腐蝕特征，腐蝕區腐蝕元素主要為硫元素和氧元素，具備從腐 蝕環境中吸 取 腐 蝕 產 生 的 氫 而 導 致 氫 脆 斷 裂 的 條 件。螺栓 的 材 料 對 應 國 內 牌 號 為 ３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ 超高強鋼，該材料具有高的氫脆敏感性［１４－１５］。螺栓 受到的工作應力主要是靜拉應力，斷裂部位位于螺 紋底部，正好為應力集中部位。綜上分析，導致該螺 栓氫脆斷裂的氫來源于表面局部腐蝕中產生的氫， 螺栓發生氫脆斷裂是由于吸收了表面局部腐蝕產生 的氫所致。

鑒于飛機在使用過程中，約１５００個起 落 就 需 要更換剎車盤，建議可利用該時機對剎車盤的緊固 螺栓進行微區損傷檢查，以盡早發現裂紋故障。

３ 結論及建議 

該飛機起落架剎車盤緊固螺栓的斷裂性質為氫 脆斷裂。螺栓在使用中局部發生了環境腐蝕，腐蝕 產生的氫被螺栓吸收導致該螺栓發生了氫脆斷裂。建議利用更換剎車盤（１５００個起落）的時機對 緊固螺栓進行微區損傷檢查，以盡早發現裂紋故障。