六角頭螺栓斷口形貌分析

六角螺母，規(guī)格為M30 ，材料為45號鋼，螺母等級10H，在安裝時發(fā)生開裂失效。

13.4.1  試驗過程與結(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。

對開裂失效螺母兩件進行宏觀檢查，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

掃描電鏡對斷口螺紋部分進行檢測，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

對兩個斷口金相檢查，在兩個斷口的螺紋上均發(fā)現(xiàn)裂紋，未進行腐蝕的試樣見圖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

對兩個斷口試樣，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

對開裂螺母進行金相組織檢查，組織為回火索氏體組織，見圖13-37。

圖13-37  螺母金相組織

對開裂螺母的支承、扳擰表面和螺紋牙頂進行檢查，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              

對開裂螺母進行硬度檢測，螺母標準要求為222～304HV30，檢測結(jié)果為275～385HV30，符合標準要求。

化學成分分析，結(jié)果均符合GB/T 3077-1999標準，45號鋼的要求。

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，磷化時磷化液進入裂紋內(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，即安裝時應力最集中的螺紋處，由于裂紋的存在，使得螺母在安裝時，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。

對兩個斷口試樣，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，走勢剛勁有力，末端無分叉，只能是熱處理淬火時產(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，進一步說明螺母安裝開裂時，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，是在安裝應力作用下的開裂。

45鋼加工的產(chǎn)品在熱處理時容易產(chǎn)生淬火裂紋，特別是45鋼螺母更容易在熱處理時變形及產(chǎn)生淬火裂紋，因此， 45鋼螺母熱處理時，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，在安裝時在安裝應力作用下開裂失效。

（2）45鋼螺母熱處理時，要控制淬火加熱溫度和冷卻速度，防止產(chǎn)生淬火裂紋。