氢脆是指由于氢渗入金属内部，从而使金属零 件或构件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下 发生失效的过程，其属于低应力延迟脆性断裂，具有 突发性，故氢脆具有极大的破坏性［１］。因此，在航空 装备的生产、使用和维修过程中，任何可能诱发氢脆 的环节，均应引起人们的高度重视［２－６］。 

某型号飞机在起飞前的机务检查过程中，发现 左起落架左后外刹车盘的１根紧固螺栓已断裂。随 后，对同型所有飞机的起落架刹车盘紧固螺栓进行 普查，未见异常。断 裂 的 紧 固 螺 栓 为 Ｍ１６螺 栓，俄 制件，其材料对应国内牌号为３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ 超高 强度钢，飞机表面为磷化处理。飞机经第３次修理 后，该螺栓又使用了２９６６ｈ，１５７７个起落，总飞行 １７２９５ｈ，９６５０个起落。

为查明该螺栓的断裂原因，笔者对其进行了一 系列检验和分析，以防止类似事故的再次发生。 

１ 理化检验 

１.１ 宏观分析 

断裂螺栓在飞机上的位置如图１所示，飞机起 落架刹车盘通过５根螺栓固定在轮轴架安装座上， 螺栓套上垫片后由外套螺帽拧紧。断裂螺栓为面对 刹车盘方向顺时针第１根。螺栓断裂位置与其外套 螺帽基本平齐（图１可见螺栓断裂处高于安装座，高 度正好为外套螺帽与安装座之间垫片的厚度），外套 螺帽、垫片及螺栓断裂部分未找到。

断裂螺栓的宏观形貌如图２所示，可见螺栓从 螺纹段第１扣和第２扣的螺纹底部发生断裂，螺纹 光杆段部位、退刀槽及螺纹底部局部可见腐蚀痕迹。螺栓断口整体较为洁净，局部可见黄褐色腐蚀痕迹， 断口整体较为平直，基本垂直于轴线方向。断口断 面形貌大致分为两个区域：Ⅰ区较为粗糙，有颗粒状特征；Ⅱ区较为细腻平滑，断裂棱线特征明显。根据 断裂棱线收敛的方向判断，断裂起始于Ⅰ区，向Ⅱ区 扩展，Ⅱ区外缘有剪切唇特征，为最终断裂区，如图 ３所示。观察螺栓断口Ⅰ区对应侧表面螺纹底部宏 观形貌，局部可见腐蚀特征，如图４所示。

１.２ 微观分析 

采用扫描电镜对螺栓断口进行微观观察。螺栓 断口Ⅰ区微观形貌以沿晶特征为主，局部可见韧窝 花样，晶粒轮廓鲜明，晶界面上伴有鸡爪纹特征，如 图５所示。断口Ⅱ区微观形貌以韧窝花样为主，局 部可见沿晶特征，如图６所示。剪切唇部位微观形 貌为典型的韧窝特征，如图７所示。

观察断口Ⅰ区对应侧表面螺纹底部微观形貌， 可见螺纹底 部 存 在 局 部 磷 化 层 剥 落 及 明 显 腐 蚀 特 征，如图８所示。对断口Ⅰ区侧表面螺纹底部腐蚀 部位和完整磷化层表面进行能谱（ＥＤＳ）分 析，结 果 表明，螺纹底部腐蚀部位的腐蚀元素主要为硫元素和氧元素，分析结果见表１。

1.３ 其他检验 

对断裂螺栓进行硬度测试和金相检验，实测螺栓 的硬度为４９．６ＨＲＣ，换算成抗拉强度为１７００ ＭＰａ， 说明螺栓材料的强度级别高，属于超高强度钢。断裂 螺栓的显微组织为正常的回火马氏体，未发现明显组 织缺陷，如图９所示。从螺栓光杆段取样进行氢含量 测定，实测氢的质量分数约为２×１０－６％，满足氢质量 分数不超过５×１０－６％的技术要求。

２ 分析与讨论 

螺栓断口无宏观塑性变形，断口平齐，断面可见 明显放射状断裂棱线，微观可见其主要为沿晶与韧 窝混合特征，沿晶面较为洁净，且有典型的鸡爪痕， 最后断裂区为韧窝形貌，说明螺栓的断口具有氢脆 断裂特征，其断裂性质为氢脆断裂。 

螺栓发生氢脆断裂，其内部必须含有一定量的 氢，钢中的氢主要有３种来源：在冶炼、焊接及热处 理过程中进入的氢；在电镀、酸洗等工艺过程中进入 的氢；使用过程中，吸收腐蚀环境中产生的氢及高温氢气氛中吸 氢［７－１１］。前 两 种 途 径 进 入 的 氢，一 般 在 螺栓使用前或使用后较短时间内就会导致螺栓出现 裂纹或断裂；而在使用过程中因为腐蚀而进入的氢 （阴极析氢反应），则跟腐蚀发生的时机及腐蚀程度 有关，通常需要较长的时间才会开裂。飞机经历了 ３次大修，大修时均会对螺栓进行探伤，探伤检查均 未发现有裂纹，螺栓的总使用 时 间 为１７２９５ｈ，第３ 次大修后的使用时间接近３０００ｈ，故可以排除前两 种途径进入的氢。同时，飞机使用过程中起落架部 位也不存在高温氢气氛，因此，导致螺栓发生氢脆断 裂的氢来源于腐蚀过程中产生的氢。

断裂螺栓的理化检验表明，螺栓断裂部位与其 外套螺帽基本平齐，断裂起源于螺栓的螺纹底部，外 面有外套螺母包围，处于一个相对比较封闭的空间， 很容易形 成 闭 塞 电 池。由 于 闭 塞 电 池 下 的 水 解 作 用，表面损伤部位在潮湿空气或水溶液中会产生尖 部 酸 化，从而在腐蚀过程中产生阴 极析氢反 应［１２－１３］。从工厂大修工艺来看，工厂大修时对螺栓 的检查只有磁粉探伤，而没有针对微区损伤的检查， 螺栓断口对应侧表面螺纹底部可见明显腐蚀特征，腐蚀区腐蚀元素主要为硫元素和氧元素，具备从腐 蚀环境中吸 取 腐 蚀 产 生 的 氢 而 导 致 氢 脆 断 裂 的 条 件。螺栓 的 材 料 对 应 国 内 牌 号 为 ３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ 超高强钢，该材料具有高的氢脆敏感性［１４－１５］。螺栓 受到的工作应力主要是静拉应力，断裂部位位于螺 纹底部，正好为应力集中部位。综上分析，导致该螺 栓氢脆断裂的氢来源于表面局部腐蚀中产生的氢， 螺栓发生氢脆断裂是由于吸收了表面局部腐蚀产生 的氢所致。

鉴于飞机在使用过程中，约１５００个起 落 就 需 要更换刹车盘，建议可利用该时机对刹车盘的紧固 螺栓进行微区损伤检查，以尽早发现裂纹故障。

３ 结论及建议 

该飞机起落架刹车盘紧固螺栓的断裂性质为氢 脆断裂。螺栓在使用中局部发生了环境腐蚀，腐蚀 产生的氢被螺栓吸收导致该螺栓发生了氢脆断裂。建议利用更换刹车盘（１５００个起落）的时机对 紧固螺栓进行微区损伤检查，以尽早发现裂纹故障。