螺栓冷鐓開裂缺陷分析測(cè)試

六角法蘭面螺母采用35K盤條經(jīng)退火拉絲后冷鐓而成。冷鐓工序檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在冷鐓過程中大量螺母的法蘭面有開裂現(xiàn)象。

試驗(yàn)過程與結(jié)果

故障螺母開裂均發(fā)生在法蘭面處，單個(gè)螺母的裂口數(shù)量不一，最多達(dá)3條，開裂故障件形貌見圖16-1、圖16-2。

圖16-1     開裂螺母形貌                 圖16-2    開裂螺母形貌

采用光譜法對(duì)開裂螺母進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果，化學(xué)成分符合《JIS G3507-1-2005》標(biāo)準(zhǔn)35K材料的要求。

裂紋附近表面和裂紋開口處金相檢查

對(duì)開裂螺母裂紋附近表面和裂紋開口處切取試樣，制成金相試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后進(jìn)行觀察。

螺母開裂裂紋由六方面表面向螺母中心區(qū)域擴(kuò)展，裂紋附近表層組織發(fā)現(xiàn)有較嚴(yán)重的脫碳，全脫碳層深度為0.20mm，總脫碳層深度為0.30mm，見圖16-3。

而在裂紋開口位置的表層組織也有脫碳；在螺母裂紋開口處的起源位置，可以觀察到一個(gè)大尺寸鐵素體晶粒，圖16-4。

對(duì)開裂螺母使用的原材料進(jìn)行金相檢查，開裂螺母使用的原材料，為經(jīng)拉絲后經(jīng)退火的原材料，原材料表面有嚴(yán)重脫碳，在脫碳層的金相組織中也可以觀察到有許多大尺寸晶粒存在，圖16-5。

圖16-3  裂紋附近表層脫碳組織           圖16-4 裂紋開口處脫碳組織

圖16-5 退火線材表層脫碳組織          

 分析與討論

該螺母冷鐓變形量大，因此，要求螺母的原材料表面質(zhì)量和強(qiáng)度必須滿足螺母冷鐓變形要求。如果螺母的原材料表面質(zhì)量和強(qiáng)度，達(dá)不到螺母的冷鐓變形要求，則在冷鐓過程中螺母就會(huì)產(chǎn)生開裂。

螺母原材料直徑為14mm，經(jīng)拉絲后退火，由于線材退火工藝不當(dāng)，在退火過程中造成脫碳，金相檢查時(shí)反映出線材表面顯微組織有嚴(yán)重脫碳現(xiàn)象。

對(duì)開裂螺母裂紋附近表面和裂紋開口處金相組織進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋由六方表面向螺母中心區(qū)域擴(kuò)展，并有分叉現(xiàn)象，而在裂紋開口位置和裂紋附近表層組織中均發(fā)現(xiàn)表面層有較嚴(yán)重的脫碳，全脫碳層深度為0.20mm，總脫碳層深度為0.30mm。

參照《JIS G 3507-1：2005》標(biāo)準(zhǔn)要求，直徑14mm冷鐓鋼原材料的的總脫碳深度不允許超過0.15mm，全脫碳層深度不允許超過0.20mm。

法蘭面螺母的冷鐓開裂均發(fā)生在法蘭面處，越靠近法蘭面外沿，裂紋的開口越大，說明裂紋起源于法蘭面的最外沿處，并逐步向螺母中心區(qū)域擴(kuò)展，最終形成開口型裂紋。

由于采用的原材料表面有嚴(yán)重的脫碳層，脫碳層中有粗大的鐵素體晶粒，使材料表層的強(qiáng)度降低，在冷鐓變形時(shí)，法蘭外沿處材料在充滿模具前受到三向應(yīng)力作用，即內(nèi)部材料向外延展產(chǎn)生的擠壓力，法蘭外沿處的材料在延展時(shí)受到很大的切向應(yīng)力作用。當(dāng)材料變形達(dá)到極限時(shí)，大尺寸鐵素體晶粒處強(qiáng)度較低易優(yōu)先發(fā)生裂紋，變形過程中于法蘭面的外沿處裂紋擴(kuò)展而撕裂開口。

六角法蘭面螺母冷鐓時(shí)法蘭面變形較大，螺母的原材料表面脫碳超標(biāo)以及表層大尺寸鐵素體晶粒的存在，導(dǎo)致六角法蘭面螺母冷鐓時(shí)，在變形較大的法蘭面開裂。

結(jié)論與啟示

（1）由于螺母的原材料表面脫碳超標(biāo)以及表層大尺寸鐵素體晶粒的存在，六角法蘭面螺母冷鐓時(shí)法蘭面變形較大，導(dǎo)致六角法蘭面螺母冷鐓時(shí)變形較大的法蘭面開裂。

（2）原材料拉絲后退火時(shí)，要掌握好退火工藝，退火操作過程一定要嚴(yán)格執(zhí)行工藝，防止產(chǎn)生脫碳。

（3）建議原材料拉絲退火后增加金相脫碳檢查。