緊固件鎖緊螺母斷裂例子分析及解決措施
發(fā)布時(shí)間：2020-12-21 14:30:40 點(diǎn)擊次數(shù)：235
1.緊固件鎖緊螺母的制造工藝及斷裂圖
在緊固件鎖緊螺母的制造過(guò)程中，常見(jiàn)的失效方法為斷裂。在正常狀況下，緊固件鎖緊螺母的制造過(guò)程為：材料變型-ing頭冷，倒角，中心孔鉆削螺紋孔以去除毛刺-攻絲-脫磷，熱處理-磨削螺紋直徑-滾壓螺紋-（酸洗）氧化處理瑕疵檢測(cè)，退磁-（酸洗）氧化處理-涂覆，檢查，包裝庫(kù)。圖1顯示了斷裂部分，模擬斷裂部分和完整部分；圖2顯示了斷裂部分的宏觀形狀。
圖1斷裂零件和模擬斷裂零件
圖2斷裂的宏觀形態(tài)
2.對(duì)緊固件鎖緊螺母斷裂的懷疑分析
緊固件鎖緊螺母斷裂的緣故或許是由于材料，組織或自身強(qiáng)度引起的。因此，根據(jù)工藝，結(jié)合材料知識(shí)，對(duì)放大鏡，顯微鏡，金相和硬度進(jìn)行分析。
（1）斷裂分析
依賴低倍放大鏡和高位顯示鏡觀察斷裂的宏觀和微觀形式，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及金屬材料和微觀形式的運(yùn)用，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)用性掌握斷裂的金屬材料知識(shí)分析。
圖1顯示了斷裂部位的宏觀橫截面形狀，其中1＃部位的斷裂較平坦，從未明顯的塑性變形痕跡，裂紋的外邊緣剪切唇是新鮮的裂紋，是淺灰色（如短箭頭所示），其余區(qū)域基本上被氧化并變黑（如長(zhǎng)箭頭所示）。2＃斷裂部分的宏觀形態(tài)與1＃斷裂部分的宏觀形態(tài)相像。裂縫上從來(lái)沒(méi)有明顯的塑性變形痕跡。外圈邊緣為剪切唇，其為淺灰色且有新鮮的裂縫（如短箭頭所示），剩余區(qū)域的表面基本上被氧化并變?yōu)榱撕谏ㄈ鐖D中的長(zhǎng)箭頭所示）1）。
通過(guò)觀察1＃斷口黑色區(qū)域的微觀形態(tài)，可以看出剖面有明顯的氧化和腐蝕，但仍可見(jiàn)冰糖的晶型，并且在它們之間還存在二次裂紋。由于第3部分的氧化和腐蝕，不也許確定表面上是不是有雞腳狀的頭發(fā)。裂紋4的外邊緣的微觀形狀是凹坑的形狀，該區(qū)域是末端區(qū)。
通過(guò)觀察2＃裂紋的黑色區(qū)域（除了邊緣剪切唇之外）的裂紋的微觀形態(tài)，可以看出，冰糖狀晶間裂紋在結(jié)晶之間具備次生裂紋。外邊緣的微觀形狀裂縫為等距凹形。
（2）金相分析
在金相分析儀的幫助下，觀察完整部分和1＃斷裂部分的基本和斷裂金相組織，并以5％的熱處理知識(shí)進(jìn)行比較分析。
經(jīng)過(guò)分析觀察，為均勻的火山梨石，無(wú)異常，如圖3所示。
圖3完整零件和1＃破碎零件的芯的金相結(jié)構(gòu)
（3）硬度分析
完整和斷裂零件的硬度測(cè)試結(jié)果列于表1中。斷裂零件的表面硬度過(guò)高，無(wú)法滿足12.9緊固件的硬度要求。
（4）化學(xué)成分分析
損壞的零件在組裝過(guò)程中破裂，橫截面明顯為黑色，并有新鮮的破裂區(qū)域（如圖2，圖4和圖5所示），黑色區(qū)域的表面被嚴(yán)重氧化，而新裂紋的表面從未被氧化。這表明這兩個(gè)區(qū)域不是同時(shí)產(chǎn)生的。裂紋的黑色區(qū)域顯示出沿產(chǎn)品的斷裂形貌，伴有次生的晶間裂紋，有著氫脆性斷裂17的特點(diǎn)，截面的外邊緣呈凹痕的形式，沿結(jié)晶的斷裂面早就基本上被氧化和腐蝕了。僅邊緣停止區(qū)域未曾見(jiàn)過(guò)大量明顯的氧化腐蝕產(chǎn)物，表明該零件的金相構(gòu)造在隨后的表面氧化處理之前且化學(xué)成分正常。
圖41＃斷裂的微觀形態(tài)
圖52＃斷裂的微觀形態(tài)
用直讀光譜法分析完整零件和斷裂零件的化學(xué)成分，結(jié)果列于表2。根據(jù)“JISG4053-2008”，其化學(xué)成分合乎標(biāo)準(zhǔn)化中SCM435鋼的要求。
對(duì)用過(guò)的完整零件和損壞的零件進(jìn)行取樣以進(jìn)行氫含量測(cè)試，結(jié)果列于表3中，表明送交測(cè)試的氫含量相對(duì)較高，而氫含量過(guò)高，易于造成氫脆化。因此，為了更進(jìn)一步認(rèn)定氫脆化的功用，提取了10個(gè)使用過(guò)的完整零件和10個(gè)損壞的零件，并再度測(cè)試了氫含量，結(jié)果列于表4。
氫脆是由于氫滲透到金屬中而造成的破壞，會(huì)在低于材料屈從極限nz@的作用下致使零件斷裂，不曾顯示出任何跡象并忽然出現(xiàn)。內(nèi)部零件一般包括：原料，熱處理，表面處理（如酸洗，電鍍），環(huán)境腐蝕等。零件中的nz不一樣。氫含量越高，強(qiáng)度，硬度和拉應(yīng)力越大，氫脆敏感性越高。
零件經(jīng)過(guò)熱處理后帶螺紋，頭部的內(nèi)六角孔更深，桿上也有螺紋孔，外螺紋滾動(dòng)時(shí)，這種構(gòu)造很或許在內(nèi)六角底部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力;軋制外螺紋后，在表面氧化過(guò)程中使用酸。
干凈方式是去除油漬和鐵銹，這些油漬和鐵銹會(huì)導(dǎo)致氫滲人零件（根據(jù)氫含量檢測(cè)，螺母的氫含量高達(dá)6?7ppm），因此，在氫的協(xié)同作用下，斷裂零件的硬度是在內(nèi)部應(yīng)力作用下，零件首先受到應(yīng)力作用。集中的內(nèi)部六邊形底部產(chǎn)生氫脆裂紋，然后裂紋表面被腐蝕和氧化，隨后氧化發(fā)黑過(guò)程。氫致的產(chǎn)生不僅引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，而且減少了零件的承壓面積，引致零件在裝配應(yīng)力的作用下斷裂。組裝過(guò)程中的該部分是新鮮的部分，并且表面是酒窩并且并未氧化和腐蝕。
（5）解決方案
交付部分?jǐn)嗔训木壒适窃剂鸭y的存在，原始裂紋是由氫引起的裂紋，氫來(lái)自于酸洗之前被氧化和變黑的氫。提議采取以下措施：
使用堿性電解去除油脂和鐵銹，如果不能避免酸洗，則在軋制外螺紋后應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力清除處理，并在表面處理后四小時(shí)內(nèi)進(jìn)行氫驅(qū)動(dòng)處理。
這批零件的氫含量很高，氫脆的高風(fēng)險(xiǎn)也很高，不排除組裝后的組件隨后可能會(huì)不時(shí)地時(shí)有發(fā)生氫致開(kāi)裂，如果不時(shí)時(shí)有發(fā)生破裂。如果在使用過(guò)程中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成更大的安全隱患。因此，提議退回所有組件，并用新的過(guò)程組件替換它們。為了節(jié)約成本，替換前一定要仔細(xì)檢查緊固件松動(dòng)的原因。
