六角頭螺母裂紋斷口原因分析

六方薄螺母，規(guī)格為фL14，材料牌號1Cr11Ni2W2MoV，在裝機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)部分螺母表面有裂紋，裂紋沿螺母外緣六角棱角處貫通螺母兩端面及內(nèi)孔，呈開裂狀。

16.11.1  試驗(yàn)過程與結(jié)果

故障批螺母為機(jī)械加工螺母。

加工工藝如下：單軸自動(dòng)機(jī)→六角→ 锪孔→ 去毛刺→粗振→ 熱處理(硬度d=3.4~3.7) Ⅳ類檢驗(yàn)→吹砂→攻螺紋→探傷→鍍銅(3~5μm)→終檢

加工工藝和加工過程，經(jīng)復(fù)查無異常情況。

裂紋螺母外觀均為鍍銅表面，除裂紋外未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。裂紋分布在螺母六方棱角處，為穿透裂紋，示意如圖16-63。

由于螺母已完全裂開，把1件故障件順裂紋方向，手工分開為兩部分，得到兩件斷口試樣。

對兩件斷口試樣目視檢查，兩件斷口的裂紋表面均被鍍銅層復(fù)蓋。裂紋無明顯的裂紋源，裂紋縱向擴(kuò)展，并裂透螺母壁厚，低倍形貌見圖16-64。其中一件斷口裂紋處的上下端面有明顯的擠入物，擠入物與裂紋面形成小臺(tái)階，見圖16-65、圖16-66。

取1件斷口試樣按正常的表面處理退銅工藝進(jìn)行退銅，另一件未退。對退銅和未退銅的斷口掃描電鏡觀察：兩斷口表面均無塑性變形，裂紋發(fā)展方向沿螺母軸線方向擴(kuò)展。

未退銅的斷口，整個(gè)裂紋表面復(fù)蓋有鍍銅層，宏觀無夾雜、疏松等冶金缺陷，裂紋兩端面有明顯的擠入物形成臺(tái)階，見圖16-71。

裂紋兩端面，明顯的擠入物形成臺(tái)階的高倍形貌，見圖10、圖11。

裂紋中心鍍銅層掃描電鏡組織形貌，見圖13；

裂紋邊緣部位鍍銅層掃描電鏡組織形貌，見圖14

 圖9裂紋兩端面有明顯的擠入物

把裂紋另一半去除鍍銅層后不腐蝕觀察，裂紋處宏觀無夾雜、疏松等冶金缺陷，裂紋縱向裂紋無塑性變形痕跡，縱向兩端面處無擠入物，見圖17。

去除鍍銅層的裂紋中心部位和裂紋邊緣部位，高、低倍電鏡掃描組織，見圖18、圖19、圖20、圖21。

圖17 去除鍍銅層的裂紋形貌    

3.9  能譜成分分析

3.9.1  退銅后的裂紋處基體能譜分析

材料成分符合1Cr11Ni2W2MoV，見圖22。

3.9.2 未退銅的裂紋處能譜分析

除材料成分元素外，主要為大量的Cu元素，見圖23。

圖23未退銅的裂紋處能譜成分分析圖

對故障件進(jìn)行化學(xué)成分檢查，檢查結(jié)果為1Cr11Ni2W2MoV。

在經(jīng)扭力保載試驗(yàn)后的螺母中任取1件，進(jìn)行化學(xué)成分檢查，檢查結(jié)果為1Cr11Ni2W2MoV.

取和裝配無裂紋件制成試樣后觀察，組織形貌相同。裂紋件的組織形貌見圖16-67、圖16-68；無裂紋件的組織形貌見圖16-69、圖16-70；

圖16-69  無裂紋件的組織形貌  500×   圖16-70  無裂紋件的組織形貌 1000×

故障件螺母硬度HRA65~65.5，符合工藝要求。同批未裝配件螺母硬度HRA65.5~65.8，符合工藝要求。

取故障批未裝配螺母200件，（100件退銅，100件不退銅）然后進(jìn)行磁粉探傷檢查，均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

另外，再取故障批未裝配螺母30件進(jìn)行扭力保載試驗(yàn)，加載60N•m保持39小時(shí)，到時(shí)間后進(jìn)行目視及磁力探傷檢查，均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

16.10.2   分析與討論

該螺母為機(jī)加件，整個(gè)加工過程嚴(yán)格按照工藝進(jìn)行，工藝過程正常。

經(jīng)分光、能譜檢查，故障件材料為1Cr11Ni2W2MoV，材料符合圖紙要求。故障件組織檢查，組織為回火索氏體，同批未裝配件組織也為回火索氏體，組織正常，熱處理沒有問題。

把一個(gè)故障螺母裂紋打開得到兩個(gè)裂紋斷口，一個(gè)裂紋件斷口兩端面（螺母上下端面）外緣處有多余擠入物，另一個(gè)裂紋斷口無多余擠入物。這一現(xiàn)象說明該裂紋不是機(jī)加裂紋。反映了裂紋在機(jī)加前已存在，機(jī)加過程中，車加工時(shí)把裂紋一邊的材料擠入裂紋所至，

該批螺母半成品熱處理，熱處理后加工螺紋，裂紋在六方棱角處并為縱向擴(kuò)展，裂紋面齊平，無塑性變形痕跡。裂紋無明顯裂紋源，也未見裂紋尾部。裂紋沿螺母軸向擴(kuò)展，裂紋形態(tài)不是熱處理裂紋形態(tài)，說明該裂紋不是熱處理裂紋。

能譜分析，未退銅的裂紋面上銅元素很多，基體為1Cr11Ni2W2MoV。已退銅的裂紋面，基體為1Cr11Ni2W2MoV。

  綜上所述，裂紋兩側(cè)均有鍍銅層說明裂紋在表面處理前就存在。一半裂紋面的兩端面有多余擠入物說明裂紋在機(jī)加前已經(jīng)存在，機(jī)加過程擠入。熱處理是在機(jī)加后半成品進(jìn)行，該故障件裂紋形態(tài)不是熱處理裂紋形態(tài)，說明裂紋不是熱處理裂紋，在熱處理前已經(jīng)存在。

該裂紋不是在螺母加工過程中造成，是在螺母加工之前就已存在。

從低倍斷口檢查、掃描電鏡和能譜分析：裂紋在六方棱角處，無塑性變形痕跡，裂紋沿螺母軸向縱向擴(kuò)展，進(jìn)一步說明了裂紋為原材料裂紋。

16.10.3   結(jié)論與啟示

(1) 根據(jù)低倍斷口檢查、掃描電鏡和能譜分析，該故障件裂紋屬原材料裂紋。

(2) 該裂紋在機(jī)加前已經(jīng)存在，不是機(jī)加裂紋，也不是熱處理裂紋。

(3) 該原材料裂紋可能為個(gè)別原材料棒料的料頭存在的裂紋沒有被切除干凈被保留下來。

 (4) 加強(qiáng)投料前的原材料表面質(zhì)量檢查和探傷檢查，挑出有缺陷的原材料。