螺钉安装断裂失效原因分析

  35K螺钉安装断裂

8.8级螺钉，规格为8×90，材质为35k，表面镀锌。该批螺钉安装时，螺钉扭矩值还未达到规定要求就发生时断裂，不能满足安装要求，分析断裂原因。

16.9.1  试验过程与结果

该批螺钉生产工艺为：盘圆料－退火－酸洗(盐酸)－拉丝－冷镦成型－搓丝螺纹－热处理(淬火＋500～650℃回火)－表面处理(电镀环保蓝白锌)。

对该批未安装的螺钉进行外观形貌检查，螺钉颜色为灰蓝白色，见图16-58。

对断裂螺钉进行显微硬度检查：螺钉心部 153～168  HV0.3

螺纹心部 98～104  HV0.3

图16-58   螺钉的外观形貌

对断裂螺钉进行金相组织检查：

断裂螺钉的螺纹处有脱碳和渗碳，整个螺纹都是全脱碳，螺钉脱碳后又进行了渗碳，螺纹表面层，见图16-59、图16-60。

金相组织为铁素体＋珠光体

图16-59   螺纹的脱碳渗碳组织50×        图16-60  螺纹的脱碳渗碳组织 50×      

16.9.2  对比验证试验

取该螺钉的其他批次库存件进行对比验证试验，该螺钉的其他批次库存件，颜色为蓝白色，比断裂螺钉颜色深，见图16-61。

图16-61   库存螺钉的外观形貌

按装配要求进行安装试验，安装扭矩值达到规定要求也没有发生断裂。

对断裂螺钉进行显微硬度检查：螺钉心部 263～269  HV0.3

螺纹心部 271～281  HV0.3

金相组织检查，金相组织为回火索氏体组织，见图16-62

                    图16-62 回火索氏体组织500×

16.9.3  分析与讨论

对比验证试验结果，未断裂螺钉组织为索氏体组织。螺纹处无脱碳和渗碳，整个螺钉的强度、硬度合格，满足国标GB/T3098.1规定的8.8级要求。

说明未断裂螺钉经淬火＋高温回火的调质处理。

断裂螺钉的螺纹基体组织为铁素体加＋片状珠光体组织（图16-60），说明螺钉渗碳后只经过了空冷正火处理，没有进行调质处理。整个螺钉的强度、硬度不合格，不能满足国标GB/T3098.1规定的8.8级要求。8.8级M8螺栓的维氏硬度值，《GB/T3098.1》标准中规定为250～320HV10

断裂螺钉的组织不是索氏体组织，说明断裂螺钉没有进行调质处理，也就没有进行高温淬火加热过程，其脱碳不是螺钉在加工过程的热处理产生，而是在原材料拔丝前的退火过程中造成。

断裂螺钉螺纹心部硬度和螺钉心部硬度低，均达不到标准规定。

从断裂螺钉的组织检查看出，由于螺钉整个螺纹都是全脱碳，然后对脱碳螺钉进行了渗碳，螺纹处的金相组织出现了基体（为铁素体＋珠光体）＋脱碳层＋渗碳层（图16-59）

由于螺钉脱碳严重，整个螺纹都是全脱碳；渗碳处理造成螺钉表面硬度高，在全脱碳层上又出现了渗碳层；螺钉没有进行调质处理，所以，整个螺钉的强度低，在安装时安装扭矩值未达到规定要求时断裂。

另外，整个螺钉包括螺纹都有全脱碳，渗碳后使螺钉的表面在全脱碳层上增加了渗碳层，渗碳层电镀后外观颜色不是环保蓝白色，而是灰的蓝白色。

16.9.4　结论与启示

（1）该批螺钉的原材料脱碳严重，造成整个螺纹都是全脱碳；螺钉渗碳后，虽然表面硬度提高了，但螺钉整体强度没有提高；又因为没有淬火，其基体强度较低不能满足安装要求，所以，螺钉在安装扭矩值未达到规定要求时断裂。

（2）对于紧固件来说，工艺上是不允许渗碳的。表面有脱碳的螺钉更不能进行渗碳处理。因为紧固件是结构件不是工磨具，渗碳处理后表面硬度提高了，但强度并没有提高，只造成一种硬度高的假象。渗碳层下面还有一层脱碳层，使螺钉的性能更坏。