紧固件失效分析预防策略

紧固件的失效造成机械设备事故的危害可能很严重, 因此，对紧固件的失效应引起高度重视，研究如何提高紧固件的失效抗力并采取如下预防技术措施。

(1) 加强原材料表面缺陷检查

螺栓的表面缺陷指表面裂纹、折叠、碰伤、压坑、皱纹、拉痕、发纹、麻点等，以表面裂纹、折叠、拉痕等危害最常见，原材料表面缺陷超过标准时不投产。表面缺陷检查采用磁力探伤或荧光探伤，缺陷的深度采用金相显微镜检查判定。

(2) 加强原材料内部显微缺陷检查

原材料内部缺陷指偏析、白点、夹杂、气泡、空洞、针孔、疏松、缩孔、内裂纹、脱碳、晶粒粗大。加强原材料入厂复验；发现原材料残余缩孔缺陷，采用金相法200﹪挑选，不合格的材料不入库、不流入生产现场。

对紧固件材料实行合格定点厂家供应。

(3) 预防镦锻缺陷

热镦成形解决了高温合金变形抗力大的问题，但要注意热影响区难控制的问题，例如GH159合金是一种特殊冷变形强化高温合金，不能因头部热镦成形使杆部强度降低，因此，必须控制加热毛坯的长度，使螺栓加热部分正好是头部变形部分，成形后, 杆部不受热影响。

严格控制镦锻加热温度，加强镦锻工序检查。

(4) 预防热处理脱碳

防止热处理脱碳，盐炉及时脱氧，电炉或连续网带炉热处理的保护气体达到工艺文件要求。

(5) 严格按照热处理工艺进行操作

在热处理过程中，要严格按照热处理工艺进行操作，冷却介质要符合工艺要求，对淬火油要定期送检。淬火和回火温度和时间一定要控制在工艺参数范围内，加强工序检查和成品入库前的硬度、强度检查。

结构钢紧固件淬火冷却，应采用合适的淬火油，防止淬火油有水，造成淬火裂纹。

防止结构钢、马氏体不锈钢、高温合金紧固件热处理的淬火加热温度过高，产生过热；防止淬火温度低，造成组织转变不充分，硬度低。

高温合金紧固件采用真空热处理。不能采用真空热处理时，加强不锈钢、高温合金淬火或固溶处理加热过程的保护气体检查，并把表面氧化检查纳入工艺文件。

(6) 及时除氢预防氢脆

高强度紧固件的强度愈高,氢脆断裂敏感性愈强。高强度紧固件在电镀和酸洗过程后及时除氢处理很重要，原除氢工艺规定电镀锌件在180℃保温1～~4小时进行除氢处理。文献提示除氢时间1～4小时显然已经不够，建议除氢工艺应为180℃温度保温4～8小时较合理。

对抗拉强度大于1000MPa的高等级紧固件，应尽量不采用镀锌。如果采用了镀锌, 应在电镀前增加去应力回火，镀后及时除氢。

紧固件强度级别越高，除氢时间越长。

(7) 增加晶粒度检查

高温合金紧固件的晶粒粗大是一个质量隐患，把晶粒度检查，纳入工艺文件，防止有粗大晶粒的紧固件流入装配现场。

(8) 保证螺纹精度

外螺纹一般都是滚压而成，滚压螺纹的精度是由滚压前的光杆部分的直径和滚压工具的精度决定的，紧固件螺纹滚压工具应合格，应由专业厂生产。

(9) 检测工具按期送检

   生产现场的检测工具应在有效期内。千分尺、环规、塞规等都会磨损，磨损的检测工具造成产品尺寸超差，现场检测工具应按检定周期进行检定。

(10) 采取必要措施预防疲劳断裂

疲劳断裂指紧固件在交变应力作用下发生的突然断裂，断裂源容易发生在应力集中处，通常为截面收缩圆角处或表面损伤处。预防措施如下：

A 螺纹采用滚压，滚压螺纹采用MJ螺纹，改变紧固件螺纹牙底的形状，使螺纹牙底成为具有更大圆角半径。

B. 螺栓经淬回火后进行滚压螺纹增加螺纹处表面压应力，提高疲劳强度。

C. 高强度螺栓(钉)采用冷镦、热镦成形头部， 以提高螺栓的连接强度，控制头部镦制流线，使头部金属流线沿螺栓头部外形连续分布，不切断。合格的金属流线，可提高紧固件的疲劳强度。

D. 螺栓头下圆角处进行冷滚压，提高头杆连接处的疲劳强度。

E. 紧固件经过磨削、热处理、校正等工艺后，及时进行去应力回火。

F. 采用喷丸强化，使残余拉应力变为残余压应力。

G. 防止紧固件表面损伤。

(11) 加强关键、重要紧固件的检查和试验

关键、重要的紧固件需要进行严格的宏观和微观组织检查和试验，除表面质量、外形尺寸、螺纹精度、硬度检查外，还要进行金相组织、力学性能、无损检测(磁力或荧光检测)等检查和试验。

高温合金螺栓试验内容多，需要进行头部金属流线、表面氧化、晶粒度、过热、过烧、螺纹折迭，以及室温和高温力学性能等试验。

高温合金、钛合金自锁螺母除金相组织检查外，还需要进行室温15次拧入拧出耐久试验、加温加载后室温下的耐久试验。永久变形锁紧试验、轴向载荷、振动、扳拧等试验。

(12) 防止装配扭力过大

在装配现场发生的螺栓断裂现象，除螺栓存在质量问题以外，装配扭力过大是造成螺栓断裂的原因。现场采用带扭矩值的扭力搬手，装配时按规定的扭矩值操作，控制装配应力不大于设计允许的预紧力，防止装配扭力过大。