特種鋼制螺栓故障金相分析

M16×40的圓頭方頸螺栓， 35K鋼制作，性能等級(jí)8.8級(jí), 表面鍍鋅。該批螺栓脫碳試驗(yàn)不符合《ISO898.1-1999》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行脫碳原因分析。

16.6.1  試驗(yàn)過程與結(jié)果

該批螺栓主要加工工藝：原材料、頭部冷鐓、退火、滾螺紋、熱處理、表面處理。

取故障件和同批退火后未滾螺紋的半成品件各1件進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)比試驗(yàn)，找出脫碳原因，試驗(yàn)件的宏觀形貌，見圖16-34。

               圖16-34同批半成品件和成品故障件                          

把故障件縱向制成金相試樣，對(duì)螺紋部分進(jìn)行脫碳層深度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果：螺紋中徑位置全脫碳層深度為0.069～0.076mm牙頂位置全脫碳層深度0.52～0.58 mm，脫碳層組織如圖16-35。

圖16-35  成品零件螺紋脫碳層組織

16.6.2  驗(yàn)證試驗(yàn)檢測(cè)

取該批的成品零件與半成品零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理前后的脫碳層深度試驗(yàn)檢測(cè)。

經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后的成品零件：頭下圓角處的脫碳層深度為0.13～0.14 mm ；頭下方頸部位脫碳層深度為0.31～0.36 mm。

沒有調(diào)質(zhì)熱處理的半成品零件：頭下圓角處的脫碳層深度為0.12～0.13 mm ；頭下方頸部位脫碳層深度為0.30～0.34 mm。

圖16-36 成品調(diào)質(zhì)后圓角處脫碳層

 圖 16-37  半成品調(diào)質(zhì)前圓角處脫碳層

檢測(cè)結(jié)果說明該批產(chǎn)品經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后脫碳層深度沒有明顯增加，在頭下圓角處的脫碳層深度增加了約0.01 mm，如圖16-36。圖16-37；頭下方頸部位脫碳層深度增加了0.01～0.02 mm ，如圖16-38。圖16-39。

圖16-38 成品調(diào)質(zhì)后方頸處脫碳層      圖16-39  半成品調(diào)質(zhì)前方頸處脫碳層

16.6.3  分析與討論

在GB/T 5953緊固件標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，螺栓原材料脫碳層的最大深度不允許超過0.15D。

在GB3098.1緊固件標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，螺栓全脫碳層的最大深度不允許超過0.15 mm。

該批圓頭方頸螺栓退火后的半成品件，桿部方頸處脫碳層平均深度達(dá)到0.32mm，已超過《GB/T 5953》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大深度不允許超過0.15D（即0.24mm）的要求。

該批成品零件與半成品零件調(diào)質(zhì)熱處理前后的脫碳層基本上為全脫碳層，其深度均已超過了GB3098.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全脫碳層最大深度為0.15 mm的要求。

該批故障螺栓的螺紋脫碳層檢查發(fā)現(xiàn)，脫碳層基本上分布在螺紋牙頂，中徑與牙底位置的脫碳層很少。由于該批螺栓的調(diào)質(zhì)是在螺紋滾壓后進(jìn)行的，如果原材料無脫碳，調(diào)質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的脫碳對(duì)螺紋來說，各部位基本上都是差不多的，而該批螺紋脫碳層檢查結(jié)果說明脫碳主要是原材料帶來，產(chǎn)品調(diào)質(zhì)后的脫碳稍有一點(diǎn)增加。

已調(diào)質(zhì)螺栓脫碳層檢查結(jié)果與半成品樣（未調(diào)質(zhì)熱處理）的脫碳層檢查結(jié)果差不多，表明螺栓的脫碳層不是調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)產(chǎn)生，調(diào)質(zhì)前已存在，調(diào)質(zhì)時(shí)脫碳層稍有點(diǎn)增加。

引起圓頭方頸螺栓脫碳試驗(yàn)不合格的原因是原材料的脫碳層深度超標(biāo)

16.6.4   結(jié)論與啟示

（1）由于該批螺栓的原材料脫碳層深度超標(biāo)造成螺栓脫碳檢查不合格。

（1）增加螺栓投產(chǎn)前的原材料脫碳檢查，防止脫碳層超標(biāo)的原材料投產(chǎn)。

（3）如果原材料存在脫碳，檢查沒有超標(biāo)，但投產(chǎn)時(shí)需要考慮調(diào)質(zhì)熱處理的影響，防止因調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)產(chǎn)生脫碳而使總脫碳層超標(biāo)。