六角法兰面螺栓冷镦开裂测试

六角法兰面螺栓，规格为M12×30，材料为SWRCH35K，在冷镦工序检查螺栓毛坯件时，发现螺栓法兰面开裂，对开裂原因进行分析。

16.7.1  试验过程与结果

该螺栓采用SWRCH35K盘条，退火后拉丝至直径为10.72mm的原材料。

六角法兰面螺栓毛坯件的开裂，均发生在法兰盘的边缘处，较大的裂口肉眼可见，如图16-40。

图16-40  开裂故障件形貌

（1）酸浸试验

把没有开裂的螺栓毛坯件用盐酸溶液浸蚀后，在法兰顶面和边缘可观察到龟裂现象，见图16-41；在螺栓法兰底面，也发现表面有不同程度的龟裂现象，见图16-42。

图16-41  浸蚀后法兰顶面和边缘的龟裂       图16-42  浸蚀后法兰底面的龟裂

螺栓杆部经过酸浸试验，可以发现表面粗糙，布满细小的凹坑，见图16-43。

图16-43  螺栓杆部侵蚀后表面形貌

（2）金相试验

在开裂螺栓法兰盘处剖开制成金相试样，显微观察，裂纹起源于外表面并向材料内部扩展，见图16-44。

按照《JB/T 5074-2007》标准对拉丝线材的退火球化体等级进行评定，显微组织为：铁素体+球状珠光体，球化等级为6级，见图16-45。

图16-44  法兰边缘裂纹形貌  100×          图16-45    线材退火组织   500×

对开裂螺栓非金属夹杂物含量检查，按照标准《GB/T 10561-2005》标准进行评级，氧化物类夹杂细系,1.0级，硫化物类夹杂细系0.5级，见图16-46。

对开裂螺栓进行光谱化学成分分析, 分析结果符合《JIS G3507-1-2005》标准中SWRCH35K的要求。

在螺栓螺杆取样进行维氏硬度试验，硬度试验结果为168～176 HV，，测硬度数据平稳，心部和表面硬度数据差不多。

（3）原材料检查

取螺栓原材料检查，截取拉丝后的线材，制样后对线材表面形貌进行显微观察，在线材表面发现大量的小裂纹、折叠、凹坑，如图16-47。

图16-46  非金属夹杂物   100×        图16-47 拉丝线材表面裂纹及凹坑 100×

16.7.2  分析与讨论

线材退火组织为铁素体+球化体，属正常的退火组织。硬度试验结果也符合退火组织的硬度要求。非金属夹杂物为细小，对钢材的冷镦性能影响不大，不是导致冷镦变形开裂的原因。

冷镦用的线材表面存在较多的折叠、小裂纹、凹坑、划伤等缺陷，这些缺陷都是因拉丝工艺不当而在线材表面产生。产生原因可能是拉丝工艺不当，原材料在拉丝前表面锈蚀，以及拉丝模具对线材表面的损伤所致。

在高速冷镦过程中，六角法兰面螺栓的法兰面变形大，法兰面边沿变形最大，受到的应力为拉应力。由于线材在表面存在大量的小裂纹、折叠、凹坑等缺陷，这些表面缺陷在拉应力作用下就成为裂纹源，其中，稍大的小裂纹或折叠就会扩展成开裂缺陷。

16.7.3  结论与启示

（1）由于六角法兰面螺栓采用的线材表面存在小裂纹、折叠等缺陷，在冷镦工序中法兰面因变形最大而产生开裂

（2）六角法兰面螺栓采用的线材投产要进行表面质量检查，对于表面质量不合格的线材不投产。

（3）紧固件采用的冷镦线材要制定合适的拉丝工艺和退火工艺，使冷镦线材的组织和硬度符合螺栓的冷镦要求。

钢材的表面状态对冷镦结果有直接影响，