起抓螺栓裂紋斷裂原因失效分析

起動(dòng)爪螺栓，規(guī)格M16×1.5×45 ，材料45鋼。安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)部分螺栓在螺紋處斷裂。

螺栓生產(chǎn)加工工序?yàn)闊徨?mdash;機(jī)加工—調(diào)質(zhì)—滾絲—表面處理。

14.11.1  試驗(yàn)過程與結(jié)果

失效件斷口宏觀檢查：斷裂件斷口粗糙，無塑性變形痕跡，斷口形貌見圖14-74。

采用掃描電鏡對失效件斷口進(jìn)行觀察：

失效件斷口整個(gè)斷面粗糙，為冰糖狀沿晶形貌，見圖14-75。

失效件斷口微觀形貌，晶粒圓鈍，晶界上出現(xiàn)孔洞，心部較少。邊緣較多，見圖14-76、圖14-77。

  圖14-74   失效件宏觀形貌             圖14-75 失效件斷面微觀形貌

    圖14-76   失效件斷口低倍形貌             圖14-77   失效件斷口低倍形貌

失效件金相組織檢查：

失效件橫截面的金相試樣拋光態(tài)低倍組織，試樣中心有明顯裂紋，見圖14-78。

失效件橫截面金相試樣拋光狀態(tài)，試樣邊緣可見大量孔洞及氧化晶界，見圖14-79。

圖14-78   失效件拋光態(tài)低倍組織            圖14-79 失效件拋光態(tài)顯微組織

  取一件安裝沒有斷裂的螺栓，進(jìn)行金相檢查，金相組織與斷裂件組織不同；試樣拋光狀態(tài)沒有發(fā)現(xiàn)孔洞及氧化晶界；金相組織為回火索氏體，見圖14-80。

圖14-80  沒有斷裂螺栓顯微組織

采用直讀光譜法對螺栓化學(xué)成分分析，分析結(jié)果，符合《GB/T699-1999》標(biāo)準(zhǔn)中對45鋼的要求。

14.11.2   分析與討論

失效件化學(xué)成分分析符合標(biāo)準(zhǔn)要求，失效與材質(zhì)無關(guān)。

安裝沒有斷裂的螺栓，金相組織沒有未發(fā)現(xiàn)孔洞及氧化晶界；金相組織為回火索氏體，說明安裝沒有斷裂的螺栓，其熱鍛加熱溫度和調(diào)質(zhì)溫度斗滿足工藝要求。

電鏡掃描組織為沿晶裂紋和晶粒上分布有孔洞；失效件斷面均呈冰糖狀沿晶形貌，晶粒邊緣圓鈍，晶界上有孔洞；其拋光組織中斷口邊緣存在大量的不規(guī)則孔洞及氧化晶界，說明失效件存在有過燒缺陷。

過燒是由于鋼材加熱溫度過高而導(dǎo)致的晶界熔化、氧化現(xiàn)象。鋼材出現(xiàn)過燒后，其結(jié)晶組織遭到破壞，失去金屬應(yīng)具有的塑性和強(qiáng)度，易折斷和碎裂，且過燒為不可恢復(fù)缺陷，出現(xiàn)過燒后工件只能報(bào)廢。

該螺栓的過燒與熱鍛和調(diào)質(zhì)有關(guān)，當(dāng)熱鍛溫度過高，或調(diào)質(zhì)淬火溫度過高都會(huì)造成過燒。但兩種過燒組織一般都與區(qū)別，淬火溫度過高，產(chǎn)品整批都過燒；而熱鍛過燒，主要是現(xiàn)場操作控制溫度有誤，只是單個(gè)或部分，在工藝正常情況下整批不會(huì)出問題。

該批螺栓頭部成型采用熱鍛工藝成型，當(dāng)單個(gè)或部分螺栓熱鍛溫度超高時(shí)就會(huì)產(chǎn)生過燒，過燒螺栓在現(xiàn)場沒有及時(shí)挑出，就會(huì)流入下道工序。

該失效件邊緣有大量孔洞及氧化晶界，邊緣比心部嚴(yán)重，說明螺栓過燒為熱鍛溫度超高造成。

該故障螺栓未發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象，但在安裝時(shí)斷裂；斷裂件經(jīng)電鏡掃描結(jié)果，斷裂是組織過燒造成。而該批螺栓安裝時(shí)只發(fā)現(xiàn)個(gè)別件斷裂。

該批螺栓因過燒引起的斷裂不是普遍現(xiàn)象，只是是個(gè)別現(xiàn)象，由此可排除熱處理環(huán)節(jié)造成的過燒。因該批螺栓采用熱鍛工藝成型，個(gè)別螺栓在熱鍛過程中加熱溫度控制不當(dāng)很容易導(dǎo)致過燒，過燒螺栓因熱鍛時(shí)沒有開裂，流入下道工序，熱鍛過燒的螺栓在安裝時(shí)斷裂。

14.11.3 結(jié)論與啟示

（1）個(gè)別螺栓由于在熱鍛過程中加熱溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致過燒，產(chǎn)生熱鍛過燒的螺栓在安裝時(shí)發(fā)生斷裂。

（2）螺栓頭部采用熱鍛工藝成型時(shí)，一定要控制熱鍛溫度，防止螺栓熱鍛溫度超高。

（3）加強(qiáng)熱鍛工序檢查，挑出開裂件；但對極個(gè)別加熱溫度異常件，即使不開裂件也要挑出，防止流入下道工序，造成質(zhì)量隱患。