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六角头螺栓断口形貌分析

2020-07-07 14:20:31 

六角螺母,规格为M30 ,材料为45号钢,螺母等级10H,在安装时发生开裂失效。

13.4.1 试验过程与结果

该批六角螺母的生产工艺如下:

下料? 压高? 烧红? 冲孔? 定型? 调质?攻丝?磷化,生产工艺过程未发现问题。

对开裂失效螺母两件进行宏观检查,见图13-28。

开裂螺母断裂面的断口宏观形貌,断口表面已被严重氧化,表面有锈迹,见图13-29。

图13-28 开裂螺母形貌 图13-29 螺母开裂断口形貌

图13-28 开裂螺母形貌 图13-29 螺母开裂断口形貌

(1)断口扫描电镜检查

扫描电镜对断口螺纹部分进行检测,发现螺纹上存在裂纹,断裂处看到磷化膜组织,能谱分析断口上有磷元素存在,见图13-30。

图13-30 螺纹处螺纹上的裂纹形貌


图13-30 螺纹处螺纹上的裂纹形貌

裂纹源处为解理和准解理形貌,为脆性断裂,见图13-31

断口断裂面其他部位的断裂形貌,为韧窝状延性断裂形貌,见图13-32。

图13-31 裂纹源处脆性断裂形貌 图13-32 其他部位韧窝状形貌

图13-31 裂纹源处脆性断裂形貌 图13-32 其他部位韧窝状形貌

(2)金相检查

对两个断口金相检查,在两个断口的螺纹上均发现裂纹,未进行腐蚀的试样见图13-33、图13-34。

图13-33 螺纹上的裂纹螺纹牙侧上的裂纹

图13-33 螺纹上的裂纹, 图13-34 螺纹牙侧上的裂纹

对两个断口试样,经4%硝酸酒精腐蚀,在裂纹处均无脱碳,裂纹的位置无规律,但裂纹由表面向里发展,走势刚劲有力,末端无分叉,见图13-35、图13-36。

图13-35 腐蚀后的裂纹形貌 图13-36 腐蚀后的裂纹形貌

图13-35 腐蚀后的裂纹形貌 图13-36 腐蚀后的裂纹形貌

对开裂螺母进行金相组织检查,组织为回火索氏体组织,见图13-37。

图13-37 螺母金相组织


图13-37 螺母金相组织

对开裂螺母的支承、扳拧表面和螺纹牙顶进行检查,支承、扳拧表面和螺纹均有脱碳现象,见图13-38。

图13-38 螺母支承表面脱碳

图13-38 螺母支承表面脱碳

对开裂螺母进行硬度检测,螺母标准要求为222~304HV30,检测结果为275~385HV30,符合标准要求。

化学成分分析,结果均符合GB/T 3077-1999标准,45号钢的要求。

13.4.2 分析与讨论

该螺母脱碳检查,支承、扳拧表面和螺纹均有脱碳现象,但在裂纹处均无脱碳。

螺母金相组织和心部硬度均符合要求。

通过能谱分析发现裂纹源处有磷元素存在,说明磷化处理前,螺母已有裂纹存在,磷化时磷化液进入裂纹内,在随后的清洗中没有把磷化液清洗干净,而保留在裂纹内。

该批六角螺母在热处理之前经压高、烧红、冲孔、定型,如果产生裂纹在,在调质的淬火过程中,裂纹处要有脱碳和氧化,

该螺母在断口附近螺纹上均发现有裂纹存在,且裂纹位置均在靠近支承面位置附近的螺纹上,即安装时应力最集中的螺纹处,由于裂纹的存在,使得螺母在安装时,受法向力的作用,存在裂纹的部位首先发生开裂,开裂方向沿法向面开裂。

对两个断口试样,经4%硝酸酒精腐蚀,裂纹处均无脱碳,说明裂纹不是原材料裂纹和冲压裂纹。该裂纹产生于表面处理之前,热处理之后,但裂纹由表面向里发展,走势刚劲有力,末端无分叉,只能是热处理淬火时产生的淬火裂纹。

裂纹位置的断裂形貌为脆性断裂形貌,而断裂面其他部位的断裂形貌为韧窝状延性断裂形貌,进一步说明螺母安装开裂时,因有热处理淬火裂纹产生脆性开裂形貌,而其他部位的开裂形貌为韧窝状延性开裂形貌,是在安装应力作用下的开裂。

45钢加工的产品在热处理时容易产生淬火裂纹,特别是45钢螺母更容易在热处理时变形及产生淬火裂纹,因此, 45钢螺母热处理时,要防止产生淬火裂纹。

13.4.3 结论与启示

(1)由于该螺母存在淬火裂纹,在安装时在安装应力作用下开裂失效。

(2)45钢螺母热处理时,要控制淬火加热温度和冷却速度,防止产生淬火裂纹。

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