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锁紧螺母断裂案例分析及解决方案。
浏览: 发布日期:2021-02-20
锁紧螺母断裂案例分析及解决方案。

非标螺丝讯:
 
1.螺丝锁紧螺母制造工艺。
螺丝锁紧螺母在制造过程中,常见的失效形式是断裂。一般来说,螺丝锁紧螺母的制造工艺是:材料改性-冷镦-车削头、倒角、钻中心孔-钻螺纹底孔-去毛刺-攻丝螺纹-去磷、热处理-磨螺纹毛坯直径-滚丝-(酸洗)氧化处理-探伤、退磁-(酸洗)下图1为破损件、模拟破损件、完好件;图2显示了断裂的宏观形态。
2.螺丝锁紧螺母断裂分析。
螺丝锁紧螺母断裂的原因可能来自材料和结构方面,也可能是本身的强度。因此,根据其工艺和材料知识,采用放大镜和显微镜进行金相和硬度分析。
(1)断裂分析。
利用低倍放大镜和高倍显示镜观察断口的宏观和微观形貌,结合工程实践经验和金属材料及微观形貌,结合工程实践经验和金属材料知识进行断口分析。
图1显示了断裂的宏观形态。1#件断口较平整,无明显塑性变形痕迹。断口外缘剪切唇为新鲜浅灰色(如短箭头所示),其他区域基本氧化发黑(如长箭头所示)。2#断口宏观形貌与1#断口相似,断口无明显塑性变形痕迹。外环边缘为剪切唇,浅灰色,为新鲜断口(如图1短箭头所示),其他区域表面基本氧化发黑(如图1长箭头所示)。
通过观察1#件断口黑色区域的微观形貌2,可以看出断口有明显的氧化腐蚀,但晶体形貌仍然是冰糖,晶体之间存在二次裂纹。由于横截面有氧化腐蚀现象,无法确定产品表面是否有鸡爪毛纹;断口外缘的微观形貌4为韧窝形貌,该区域为最终断裂区。
通过观察断口2#片除边缘剪切唇以外的黑色区域断口的微观形貌,可以看出晶粒间有类冰糖的沿晶断裂和次生裂纹;断口外缘的微观形貌为等轴韧窝形貌。
(2)金相分析。
用金相分析仪观察了完整件和1#断裂件的近芯金相组织和断口,并结合热处理知识进行了5%的对比分析。
经分析观察,均为均匀回火索氏体,无异常。
(3)硬度分析。
对完整零件和破损零件进行硬度测试,结果如表1所示。破碎部位表面硬度过高,达不到12.9级螺丝的硬度要求。
(4)化学成分分析。
失效零件在装配过程中断裂,有明显的黑色和新断裂区域(如图2、图4和图5所示)。黑色区域表面氧化严重,新鲜断口无氧化,说明两个区域不是同时产生的。断口黑色区域呈边缘断裂状,伴有晶间二次裂纹,以氢脆断裂为特征。横截面外缘的新断裂区域为韧窝形态。晶间断口表面已基本氧化腐蚀,但边缘终裂区无明显氧化腐蚀产物,表明后续表面氧化处理前送检零件存在裂纹。送检零件的金相组织和化学成分无异常。
用直读光谱仪分析完整零件和破损零件的化学成分,结果如表2所示。根据“JISG4053-2008”,其化学成分符合标准中SCM435钢的要求。
氢含量检测选择了一个用过的完好部分和一个破损部分,结果如表3所示,说明检验试验的氢含量比较高。但是氢含量太高,容易导致氢脆。因此,为了进一步确认氢脆的影响,再次取10个用过的完好件和10个破损件进行氢含量检测。
氢脆是氢渗入金属引起的损伤,导致零件在低于材料屈服极限的静应力下断裂,没有预兆和突然性。零件中氢的来源通常包括原材料、热处理、表面处理(如酸洗、电镀)、环境腐蚀等。零件的氢脆敏感性不同。氢含量越高,强度、硬度和拉伸应力越大,氢脆敏感性越高。
热处理后,零件被轧制,头部有一个深的内六角孔,杆上有一个螺纹孔。这种结构在滚压外螺纹时容易在内六角底部产生较大的内应力;滚轧外螺纹后,表面氧化处理使用酸。
水洗除油除锈导致氢渗入零件(根据氢含量检测,螺母氢含量高达6~7ppm),断裂零件硬度高,氢脆敏感性高。因此,在氢和内应力的共同作用下,氢致裂纹首先出现在应力集中的内六角底部,裂纹表面在后续的氧化发黑过程中被腐蚀氧化。氢致裂纹的产生不仅造成严重的应力集中,而且使零件的承载面积减小,导致零件在装配应力作用下断裂。装配过程中的断裂断面为新断面,表面为韧窝形态,无氧化腐蚀。
(5)解决方案。
送检零件断裂原因是存在原始裂纹,为氢致裂纹,氢来源于氧化发黑前的酸洗。建议采取以下措施:
碱性电解用于除油除锈。如果无法避免酸洗,应在滚压外螺纹后进行应力消除处理,并在表面处理后4小时内进行除氢处理。
这批零件氢含量高,硬度大,氢脆风险高,不能排除组装零件氢致开裂的可能性。如果在使用过程中断裂,会对系统运行造成很大的安全隐患,建议召回并更换所有新的工艺部件。

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