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        鎖緊螺母斷裂案例分析及解決方案。
        瀏覽: 發布日期:2021-02-20
        鎖緊螺母斷裂案例分析及解決方案。

        非標螺絲訊:
         
        1.螺絲鎖緊螺母制造工藝。
        螺絲鎖緊螺母在制造過程中,常見的失效形式是斷裂。一般來說,螺絲鎖緊螺母的制造工藝是:材料改性-冷鐓-車削頭、倒角、鉆中心孔-鉆螺紋底孔-去毛刺-攻絲螺紋-去磷、熱處理-磨螺紋毛坯直徑-滾絲-(酸洗)氧化處理-探傷、退磁-(酸洗)下圖1為破損件、模擬破損件、完好件;圖2顯示了斷裂的宏觀形態。
        2.螺絲鎖緊螺母斷裂分析。
        螺絲鎖緊螺母斷裂的原因可能來自材料和結構方面,也可能是本身的強度。因此,根據其工藝和材料知識,采用放大鏡和顯微鏡進行金相和硬度分析。
        (1)斷裂分析。
        利用低倍放大鏡和高倍顯示鏡觀察斷口的宏觀和微觀形貌,結合工程實踐經驗和金屬材料及微觀形貌,結合工程實踐經驗和金屬材料知識進行斷口分析。
        圖1顯示了斷裂的宏觀形態。1#件斷口較平整,無明顯塑性變形痕跡。斷口外緣剪切唇為新鮮淺灰色(如短箭頭所示),其他區域基本氧化發黑(如長箭頭所示)。2#斷口宏觀形貌與1#斷口相似,斷口無明顯塑性變形痕跡。外環邊緣為剪切唇,淺灰色,為新鮮斷口(如圖1短箭頭所示),其他區域表面基本氧化發黑(如圖1長箭頭所示)。
        通過觀察1#件斷口黑色區域的微觀形貌2,可以看出斷口有明顯的氧化腐蝕,但晶體形貌仍然是冰糖,晶體之間存在二次裂紋。由于橫截面有氧化腐蝕現象,無法確定產品表面是否有雞爪毛紋;斷口外緣的微觀形貌4為韌窩形貌,該區域為最終斷裂區。
        通過觀察斷口2#片除邊緣剪切唇以外的黑色區域斷口的微觀形貌,可以看出晶粒間有類冰糖的沿晶斷裂和次生裂紋;斷口外緣的微觀形貌為等軸韌窩形貌。
        (2)金相分析。
        用金相分析儀觀察了完整件和1#斷裂件的近芯金相組織和斷口,并結合熱處理知識進行了5%的對比分析。
        經分析觀察,均為均勻回火索氏體,無異常。
        (3)硬度分析。
        對完整零件和破損零件進行硬度測試,結果如表1所示。破碎部位表面硬度過高,達不到12.9級螺絲的硬度要求。
        (4)化學成分分析。
        失效零件在裝配過程中斷裂,有明顯的黑色和新斷裂區域(如圖2、圖4和圖5所示)。黑色區域表面氧化嚴重,新鮮斷口無氧化,說明兩個區域不是同時產生的。斷口黑色區域呈邊緣斷裂狀,伴有晶間二次裂紋,以氫脆斷裂為特征。橫截面外緣的新斷裂區域為韌窩形態。晶間斷口表面已基本氧化腐蝕,但邊緣終裂區無明顯氧化腐蝕產物,表明后續表面氧化處理前送檢零件存在裂紋。送檢零件的金相組織和化學成分無異常。
        用直讀光譜儀分析完整零件和破損零件的化學成分,結果如表2所示。根據“JISG4053-2008”,其化學成分符合標準中SCM435鋼的要求。
        氫含量檢測選擇了一個用過的完好部分和一個破損部分,結果如表3所示,說明檢驗試驗的氫含量比較高。但是氫含量太高,容易導致氫脆。因此,為了進一步確認氫脆的影響,再次取10個用過的完好件和10個破損件進行氫含量檢測。
        氫脆是氫滲入金屬引起的損傷,導致零件在低于材料屈服極限的靜應力下斷裂,沒有預兆和突然性。零件中氫的來源通常包括原材料、熱處理、表面處理(如酸洗、電鍍)、環境腐蝕等。零件的氫脆敏感性不同。氫含量越高,強度、硬度和拉伸應力越大,氫脆敏感性越高。
        熱處理后,零件被軋制,頭部有一個深的內六角孔,桿上有一個螺紋孔。這種結構在滾壓外螺紋時容易在內六角底部產生較大的內應力;滾軋外螺紋后,表面氧化處理使用酸。
        水洗除油除銹導致氫滲入零件(根據氫含量檢測,螺母氫含量高達6~7ppm),斷裂零件硬度高,氫脆敏感性高。因此,在氫和內應力的共同作用下,氫致裂紋首先出現在應力集中的內六角底部,裂紋表面在后續的氧化發黑過程中被腐蝕氧化。氫致裂紋的產生不僅造成嚴重的應力集中,而且使零件的承載面積減小,導致零件在裝配應力作用下斷裂。裝配過程中的斷裂斷面為新斷面,表面為韌窩形態,無氧化腐蝕。
        (5)解決方案。
        送檢零件斷裂原因是存在原始裂紋,為氫致裂紋,氫來源于氧化發黑前的酸洗。建議采取以下措施:
        堿性電解用于除油除銹。如果無法避免酸洗,應在滾壓外螺紋后進行應力消除處理,并在表面處理后4小時內進行除氫處理。
        這批零件氫含量高,硬度大,氫脆風險高,不能排除組裝零件氫致開裂的可能性。如果在使用過程中斷裂,會對系統運行造成很大的安全隱患,建議召回并更換所有新的工藝部件。

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