紧固件锁紧螺母断裂例子分析及解决措施
发布时间：2020-12-21 14:30:40 点击次数：251
1.紧固件锁紧螺母的制造工艺及断裂图
在紧固件锁紧螺母的制造过程中，常见的失效方法为断裂。在正常状况下，紧固件锁紧螺母的制造过程为：材料变型-ing头冷，倒角，中心孔钻削螺纹孔以去除毛刺-攻丝-脱磷，热处理-磨削螺纹直径-滚压螺纹-（酸洗）氧化处理瑕疵检测，退磁-（酸洗）氧化处理-涂覆，检查，包装库。图1显示了断裂部分，模拟断裂部分和完整部分；图2显示了断裂部分的宏观形状。
图1断裂零件和模拟断裂零件
图2断裂的宏观形态
2.对紧固件锁紧螺母断裂的怀疑分析
紧固件锁紧螺母断裂的缘故或许是由于材料，组织或自身强度引起的。因此，根据工艺，结合材料知识，对放大镜，显微镜，金相和硬度进行分析。
（1）断裂分析
依赖低倍放大镜和高位显示镜观察断裂的宏观和微观形式，结合工程实践经验以及金属材料和微观形式的运用，结合工程实践经验和实用性掌握断裂的金属材料知识分析。
图1显示了断裂部位的宏观横截面形状，其中1＃部位的断裂较平坦，从未明显的塑性变形痕迹，裂纹的外边缘剪切唇是新鲜的裂纹，是浅灰色（如短箭头所示），其余区域基本上被氧化并变黑（如长箭头所示）。2＃断裂部分的宏观形态与1＃断裂部分的宏观形态相像。裂缝上从来没有明显的塑性变形痕迹。外圈边缘为剪切唇，其为浅灰色且有新鲜的裂缝（如短箭头所示），剩余区域的表面基本上被氧化并变为了黑色（如图中的长箭头所示）1）。
通过观察1＃断口黑色区域的微观形态，可以看出剖面有明显的氧化和腐蚀，但仍可见冰糖的晶型，并且在它们之间还存在二次裂纹。由于第3部分的氧化和腐蚀，不也许确定表面上是不是有鸡脚状的头发。裂纹4的外边缘的微观形状是凹坑的形状，该区域是末端区。
通过观察2＃裂纹的黑色区域（除了边缘剪切唇之外）的裂纹的微观形态，可以看出，冰糖状晶间裂纹在结晶之间具备次生裂纹。外边缘的微观形状裂缝为等距凹形。
（2）金相分析
在金相分析仪的帮助下，观察完整部分和1＃断裂部分的基本和断裂金相组织，并以5％的热处理知识进行比较分析。
经过分析观察，为均匀的火山梨石，无异常，如图3所示。
图3完整零件和1＃破碎零件的芯的金相结构
（3）硬度分析
完整和断裂零件的硬度测试结果列于表1中。断裂零件的表面硬度过高，无法满足12.9紧固件的硬度要求。
（4）化学成分分析
损坏的零件在组装过程中破裂，横截面明显为黑色，并有新鲜的破裂区域（如图2，图4和图5所示），黑色区域的表面被严重氧化，而新裂纹的表面从未被氧化。这表明这两个区域不是同时产生的。裂纹的黑色区域显示出沿产品的断裂形貌，伴有次生的晶间裂纹，有着氢脆性断裂17的特点，截面的外边缘呈凹痕的形式，沿结晶的断裂面早就基本上被氧化和腐蚀了。仅边缘停止区域未曾见过大量明显的氧化腐蚀产物，表明该零件的金相构造在随后的表面氧化处理之前且化学成分正常。
图41＃断裂的微观形态
图52＃断裂的微观形态
用直读光谱法分析完整零件和断裂零件的化学成分，结果列于表2。根据“JISG4053-2008”，其化学成分合乎标准化中SCM435钢的要求。
对用过的完整零件和损坏的零件进行取样以进行氢含量测试，结果列于表3中，表明送交测试的氢含量相对较高，而氢含量过高，易于造成氢脆化。因此，为了更进一步认定氢脆化的功用，提取了10个使用过的完整零件和10个损坏的零件，并再度测试了氢含量，结果列于表4。
氢脆是由于氢渗透到金属中而造成的破坏，会在低于材料屈从极限nz@的作用下致使零件断裂，不曾显示出任何迹象并忽然出现。内部零件一般包括：原料，热处理，表面处理（如酸洗，电镀），环境腐蚀等。零件中的nz不一样。氢含量越高，强度，硬度和拉应力越大，氢脆敏感性越高。
零件经过热处理后带螺纹，头部的内六角孔更深，杆上也有螺纹孔，外螺纹滚动时，这种构造很或许在内六角底部产生很大的内应力;轧制外螺纹后，在表面氧化过程中使用酸。
干净方式是去除油渍和铁锈，这些油渍和铁锈会导致氢渗人零件（根据氢含量检测，螺母的氢含量高达6〜7ppm），因此，在氢的协同作用下，断裂零件的硬度是在内部应力作用下，零件首先受到应力作用。集中的内部六边形底部产生氢脆裂纹，然后裂纹表面被腐蚀和氧化，随后氧化发黑过程。氢致的产生不仅引起严重的应力集中，而且减少了零件的承压面积，引致零件在装配应力的作用下断裂。组装过程中的该部分是新鲜的部分，并且表面是酒窝并且并未氧化和腐蚀。
（5）解决方案
交付部分断裂的缘故是原始裂纹的存在，原始裂纹是由氢引起的裂纹，氢来自于酸洗之前被氧化和变黑的氢。提议采取以下措施：
使用碱性电解去除油脂和铁锈，如果不能避免酸洗，则在轧制外螺纹后应进行应力清除处理，并在表面处理后四小时内进行氢驱动处理。
这批零件的氢含量很高，氢脆的高风险也很高，不排除组装后的组件随后可能会不时地时有发生氢致开裂，如果不时时有发生破裂。如果在使用过程中时间过长，将会对系统的运行造成更大的安全隐患。因此，提议退回所有组件，并用新的过程组件替换它们。为了节约成本，替换前一定要仔细检查紧固件松动的原因。
