起抓螺栓裂紋斷裂原因失效分析
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14-76 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
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
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質有關，當熱鍛溫度過高，或調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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