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起抓螺栓裂紋斷裂原因失效分析

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瀏覽:- 發(fā)布日期:2020-07-20 14:10:59【

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

螺栓生產(chǎn)加工工序為熱鍛—機加工—調(diào)質—滾絲—表面處理。

14.11.1  試驗過程與結果

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行觀察:

失效件斷口整個斷面粗糙,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14-74   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

    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

圖14-78   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

圖14-80  沒有斷裂螺栓微組織

采用直讀光譜法對螺栓化學成分分析,分析結果,符合《GB/T699-1999》標準中對45鋼的要求。

14.11.2   分析與討論

失效件化學成分分析符合標準要求,失效與材質無關。

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致的晶界熔化、氧化現(xiàn)象。鋼材出現(xiàn)過燒后,其結晶組織遭到破壞,失去金屬應具有的塑性和強度,易折斷和碎裂,且過燒為不可恢復缺陷,出現(xiàn)過燒后工件只能報廢。

該螺栓的過燒與熱鍛和調(diào)質有關,當熱鍛溫度過高,或調(diào)質淬火溫度過高都會造成過燒。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,只是單個或部分,在工藝正常情況下整批不會出問題。

該批螺栓頭部成型采用熱鍛工藝成型,當單個或部分螺栓熱鍛溫度超高時就會產(chǎn)生過燒,過燒螺栓在現(xiàn)場沒有及時挑出,就會流入下道工序。

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,但在安裝時斷裂;斷裂件經(jīng)電鏡掃描結果,斷裂是組織過燒造成。而該批螺栓安裝時只發(fā)現(xiàn)個別件斷裂。

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,個別螺栓在熱鍛過程中加熱溫度控制不當很容易導致過燒,過燒螺栓因熱鍛時沒有開裂,流入下道工序,熱鍛過燒的螺栓在安裝時斷裂。

14.11.3 結論與啟示

(1)個別螺栓由于在熱鍛過程中加熱溫度控制不當導致過燒,產(chǎn)生熱鍛過燒的螺栓在安裝時發(fā)生斷裂。

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

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

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