六角法蘭面螺栓冷鐓開裂測試

六角法蘭面螺栓，規(guī)格為M12×30，材料為SWRCH35K，在冷鐓工序檢查螺栓毛坯件時(shí)，發(fā)現(xiàn)螺栓法蘭面開裂，對(duì)開裂原因進(jìn)行分析。

16.7.1  試驗(yàn)過程與結(jié)果

該螺栓采用SWRCH35K盤條，退火后拉絲至直徑為10.72mm的原材料。

六角法蘭面螺栓毛坯件的開裂，均發(fā)生在法蘭盤的邊緣處，較大的裂口肉眼可見，如圖16-40。

圖16-40  開裂故障件形貌

（1）酸浸試驗(yàn)

把沒有開裂的螺栓毛坯件用鹽酸溶液浸蝕后，在法蘭頂面和邊緣可觀察到龜裂現(xiàn)象，見圖16-41；在螺栓法蘭底面，也發(fā)現(xiàn)表面有不同程度的龜裂現(xiàn)象，見圖16-42。

圖16-41  浸蝕后法蘭頂面和邊緣的龜裂       圖16-42  浸蝕后法蘭底面的龜裂

螺栓桿部經(jīng)過酸浸試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)表面粗糙，布滿細(xì)小的凹坑，見圖16-43。

圖16-43  螺栓桿部侵蝕后表面形貌

（2）金相試驗(yàn)

在開裂螺栓法蘭盤處剖開制成金相試樣，顯微觀察，裂紋起源于外表面并向材料內(nèi)部擴(kuò)展，見圖16-44。

按照《JB/T 5074-2007》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉絲線材的退火球化體等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，顯微組織為：鐵素體+球狀珠光體，球化等級(jí)為6級(jí)，見圖16-45。

圖16-44  法蘭邊緣裂紋形貌  100×          圖16-45    線材退火組織   500×

對(duì)開裂螺栓非金屬夾雜物含量檢查，按照標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 10561-2005》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)，氧化物類夾雜細(xì)系,1.0級(jí)，硫化物類夾雜細(xì)系0.5級(jí)，見圖16-46。

對(duì)開裂螺栓進(jìn)行光譜化學(xué)成分分析, 分析結(jié)果符合《JIS G3507-1-2005》標(biāo)準(zhǔn)中SWRCH35K的要求。

在螺栓螺桿取樣進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)，硬度試驗(yàn)結(jié)果為168～176 HV，，測硬度數(shù)據(jù)平穩(wěn)，心部和表面硬度數(shù)據(jù)差不多。

（3）原材料檢查

取螺栓原材料檢查，截取拉絲后的線材，制樣后對(duì)線材表面形貌進(jìn)行顯微觀察，在線材表面發(fā)現(xiàn)大量的小裂紋、折疊、凹坑，如圖16-47。

圖16-46  非金屬夾雜物   100×        圖16-47 拉絲線材表面裂紋及凹坑 100×

16.7.2  分析與討論

線材退火組織為鐵素體+球化體，屬正常的退火組織。硬度試驗(yàn)結(jié)果也符合退火組織的硬度要求。非金屬夾雜物為細(xì)小，對(duì)鋼材的冷鐓性能影響不大，不是導(dǎo)致冷鐓變形開裂的原因。

冷鐓用的線材表面存在較多的折疊、小裂紋、凹坑、劃傷等缺陷，這些缺陷都是因拉絲工藝不當(dāng)而在線材表面產(chǎn)生。產(chǎn)生原因可能是拉絲工藝不當(dāng)，原材料在拉絲前表面銹蝕，以及拉絲模具對(duì)線材表面的損傷所致。

在高速冷鐓過程中，六角法蘭面螺栓的法蘭面變形大，法蘭面邊沿變形最大，受到的應(yīng)力為拉應(yīng)力。由于線材在表面存在大量的小裂紋、折疊、凹坑等缺陷，這些表面缺陷在拉應(yīng)力作用下就成為裂紋源，其中，稍大的小裂紋或折疊就會(huì)擴(kuò)展成開裂缺陷。

16.7.3  結(jié)論與啟示

（1）由于六角法蘭面螺栓采用的線材表面存在小裂紋、折疊等缺陷，在冷鐓工序中法蘭面因變形最大而產(chǎn)生開裂

（2）六角法蘭面螺栓采用的線材投產(chǎn)要進(jìn)行表面質(zhì)量檢查，對(duì)于表面質(zhì)量不合格的線材不投產(chǎn)。

（3）緊固件采用的冷鐓線材要制定合適的拉絲工藝和退火工藝，使冷鐓線材的組織和硬度符合螺栓的冷鐓要求。

鋼材的表面狀態(tài)對(duì)冷鐓結(jié)果有直接影響，