六角頭螺栓斷口形貌分析
六角螺母,規(guī)格為M30 ,材料為45號(hào)鋼,螺母等級(jí)10H,在安裝時(shí)發(fā)生開裂失效。
13.4.1 試驗(yàn)過程與結(jié)果
該批六角螺母的生產(chǎn)工藝如下:
下料? 壓高? 燒紅? 沖孔? 定型? 調(diào)質(zhì)?攻絲?磷化,生產(chǎn)工藝過程未發(fā)現(xiàn)問題。
對(duì)開裂失效螺母兩件進(jìn)行宏觀檢查,見圖13-28。
開裂螺母斷裂面的斷口宏觀形貌,斷口表面已被嚴(yán)重氧化,表面有銹跡,見圖13-29。
圖13-28 開裂螺母形貌 圖13-29 螺母開裂斷口形貌
(1)斷口掃描電鏡檢查
掃描電鏡對(duì)斷口螺紋部分進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)螺紋上存在裂紋,斷裂處看到磷化膜組織,能譜分析斷口上有磷元素存在,見圖13-30。
圖13-30 螺紋處螺紋上的裂紋形貌
裂紋源處為解理和準(zhǔn)解理形貌,為脆性斷裂,見圖13-31
斷口斷裂面其他部位的斷裂形貌,為韌窩狀延性斷裂形貌,見圖13-32。
圖13-31 裂紋源處脆性斷裂形貌 圖13-32 其他部位韌窩狀形貌
(2)金相檢查
對(duì)兩個(gè)斷口金相檢查,在兩個(gè)斷口的螺紋上均發(fā)現(xiàn)裂紋,未進(jìn)行腐蝕的試樣見圖13-33、圖13-34。
圖13-33 螺紋上的裂紋, 圖13-34 螺紋牙側(cè)上的裂紋
對(duì)兩個(gè)斷口試樣,經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕,在裂紋處均無脫碳,裂紋的位置無規(guī)律,但裂紋由表面向里發(fā)展,走勢(shì)剛勁有力,末端無分叉,見圖13-35、圖13-36。
圖13-35 腐蝕后的裂紋形貌 圖13-36 腐蝕后的裂紋形貌
對(duì)開裂螺母進(jìn)行金相組織檢查,組織為回火索氏體組織,見圖13-37。
圖13-37 螺母金相組織
對(duì)開裂螺母的支承、扳擰表面和螺紋牙頂進(jìn)行檢查,支承、扳擰表面和螺紋均有脫碳現(xiàn)象,見圖13-38。
圖13-38 螺母支承表面脫碳
對(duì)開裂螺母進(jìn)行硬度檢測(cè),螺母標(biāo)準(zhǔn)要求為222~304HV30,檢測(cè)結(jié)果為275~385HV30,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
化學(xué)成分分析,結(jié)果均符合GB/T 3077-1999標(biāo)準(zhǔn),45號(hào)鋼的要求。
13.4.2 分析與討論
該螺母脫碳檢查,支承、扳擰表面和螺紋均有脫碳現(xiàn)象,但在裂紋處均無脫碳。
螺母金相組織和心部硬度均符合要求。
通過能譜分析發(fā)現(xiàn)裂紋源處有磷元素存在,說明磷化處理前,螺母已有裂紋存在,磷化時(shí)磷化液進(jìn)入裂紋內(nèi),在隨后的清洗中沒有把磷化液清洗干凈,而保留在裂紋內(nèi)。
該批六角螺母在熱處理之前經(jīng)壓高、燒紅、沖孔、定型,如果產(chǎn)生裂紋在,在調(diào)質(zhì)的淬火過程中,裂紋處要有脫碳和氧化,
該螺母在斷口附近螺紋上均發(fā)現(xiàn)有裂紋存在,且裂紋位置均在靠近支承面位置附近的螺紋上,即安裝時(shí)應(yīng)力最集中的螺紋處,由于裂紋的存在,使得螺母在安裝時(shí),受法向力的作用,存在裂紋的部位首先發(fā)生開裂,開裂方向沿法向面開裂。
對(duì)兩個(gè)斷口試樣,經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕,裂紋處均無脫碳,說明裂紋不是原材料裂紋和沖壓裂紋。該裂紋產(chǎn)生于表面處理之前,熱處理之后,但裂紋由表面向里發(fā)展,走勢(shì)剛勁有力,末端無分叉,只能是熱處理淬火時(shí)產(chǎn)生的淬火裂紋。
裂紋位置的斷裂形貌為脆性斷裂形貌,而斷裂面其他部位的斷裂形貌為韌窩狀延性斷裂形貌,進(jìn)一步說明螺母安裝開裂時(shí),因有熱處理淬火裂紋產(chǎn)生脆性開裂形貌,而其他部位的開裂形貌為韌窩狀延性開裂形貌,是在安裝應(yīng)力作用下的開裂。
45鋼加工的產(chǎn)品在熱處理時(shí)容易產(chǎn)生淬火裂紋,特別是45鋼螺母更容易在熱處理時(shí)變形及產(chǎn)生淬火裂紋,因此, 45鋼螺母熱處理時(shí),要防止產(chǎn)生淬火裂紋。
13.4.3 結(jié)論與啟示
(1)由于該螺母存在淬火裂紋,在安裝時(shí)在安裝應(yīng)力作用下開裂失效。
(2)45鋼螺母熱處理時(shí),要控制淬火加熱溫度和冷卻速度,防止產(chǎn)生淬火裂紋。
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