螺栓冷鐓開裂缺陷分析測試
六角法蘭面螺母采用35K盤條經(jīng)退火拉絲后冷鐓而成。冷鐓工序檢驗時,發(fā)現(xiàn)在冷鐓過程中大量螺母的法蘭面有開裂現(xiàn)象。
試驗過程與結果
故障螺母開裂均發(fā)生在法蘭面處,單個螺母的裂口數(shù)量不一,最多達3條,開裂故障件形貌見圖16-1、圖16-2。
圖16-1 開裂螺母形貌 圖16-2 開裂螺母形貌
采用光譜法對開裂螺母進行化學成分分析,分析結果,化學成分符合《JIS G3507-1-2005》標準35K材料的要求。
裂紋附近表面和裂紋開口處金相檢查
對開裂螺母裂紋附近表面和裂紋開口處切取試樣,制成金相試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后進行觀察。
螺母開裂裂紋由六方面表面向螺母中心區(qū)域擴展,裂紋附近表層組織發(fā)現(xiàn)有較嚴重的脫碳,全脫碳層深度為0.20mm,總脫碳層深度為0.30mm,見圖16-3。
而在裂紋開口位置的表層組織也有脫碳;在螺母裂紋開口處的起源位置,可以觀察到一個大尺寸鐵素體晶粒,圖16-4。
對開裂螺母使用的原材料進行金相檢查,開裂螺母使用的原材料,為經(jīng)拉絲后經(jīng)退火的原材料,原材料表面有嚴重脫碳,在脫碳層的金相組織中也可以觀察到有許多大尺寸晶粒存在,圖16-5。
圖16-3 裂紋附近表層脫碳組織 圖16-4 裂紋開口處脫碳組織
圖16-5 退火線材表層脫碳組織
分析與討論
該螺母冷鐓變形量大,因此,要求螺母的原材料表面質量和強度必須滿足螺母冷鐓變形要求。如果螺母的原材料表面質量和強度,達不到螺母的冷鐓變形要求,則在冷鐓過程中螺母就會產(chǎn)生開裂。
螺母原材料直徑為14mm,經(jīng)拉絲后退火,由于線材退火工藝不當,在退火過程中造成脫碳,金相檢查時反映出線材表面顯微組織有嚴重脫碳現(xiàn)象。
對開裂螺母裂紋附近表面和裂紋開口處金相組織進行檢查,發(fā)現(xiàn)裂紋由六方表面向螺母中心區(qū)域擴展,并有分叉現(xiàn)象,而在裂紋開口位置和裂紋附近表層組織中均發(fā)現(xiàn)表面層有較嚴重的脫碳,全脫碳層深度為0.20mm,總脫碳層深度為0.30mm。
參照《JIS G 3507-1:2005》標準要求,直徑14mm冷鐓鋼原材料的的總脫碳深度不允許超過0.15mm,全脫碳層深度不允許超過0.20mm。
法蘭面螺母的冷鐓開裂均發(fā)生在法蘭面處,越靠近法蘭面外沿,裂紋的開口越大,說明裂紋起源于法蘭面的最外沿處,并逐步向螺母中心區(qū)域擴展,最終形成開口型裂紋。
由于采用的原材料表面有嚴重的脫碳層,脫碳層中有粗大的鐵素體晶粒,使材料表層的強度降低,在冷鐓變形時,法蘭外沿處材料在充滿模具前受到三向應力作用,即內部材料向外延展產(chǎn)生的擠壓力,法蘭外沿處的材料在延展時受到很大的切向應力作用。當材料變形達到極限時,大尺寸鐵素體晶粒處強度較低易優(yōu)先發(fā)生裂紋,變形過程中于法蘭面的外沿處裂紋擴展而撕裂開口。
六角法蘭面螺母冷鐓時法蘭面變形較大,螺母的原材料表面脫碳超標以及表層大尺寸鐵素體晶粒的存在,導致六角法蘭面螺母冷鐓時,在變形較大的法蘭面開裂。
結論與啟示
(1)由于螺母的原材料表面脫碳超標以及表層大尺寸鐵素體晶粒的存在,六角法蘭面螺母冷鐓時法蘭面變形較大,導致六角法蘭面螺母冷鐓時變形較大的法蘭面開裂。
(2)原材料拉絲后退火時,要掌握好退火工藝,退火操作過程一定要嚴格執(zhí)行工藝,防止產(chǎn)生脫碳。
(3)建議原材料拉絲退火后增加金相脫碳檢查。