沈陽緊固件原材料常見缺陷

緊固件原材料質(zhì)量造成的常見缺陷

原材料缺陷主要包括表面裂紋、表面折疊、表面脫碳、表面粗晶環(huán)、殘余縮孔和夾雜缺陷等。

原材料表面裂紋缺陷

原材料表面存在裂紋，在緊固件加工后裂紋沒有取出或在成型過程中導致裂紋的擴展，均會造成緊固件表面裂紋。

(1)棒材縱向裂紋

緊固件原材料棒材,因鋼廠軋制工藝不當,造成棒材表面產(chǎn)生沿軋制方向伸展的縱向裂紋。這類裂紋一般呈直線狀,裂紋方向與軋制的主要變形方向基本一致。造成原材料縱向裂紋原因很多,如軋制坯料表面存在劃傷類缺陷,由于應(yīng)力集中,在冷卻時沿劃痕開裂。又如原材料內(nèi)部缺陷沿軋制即流線方向變形并暴露在棒材表面,在應(yīng)力作用下開裂。

(2)棒材橫向裂紋

緊固件用原材料棒材,因鋼廠加工過程的切頭工藝不當或因擠壓工藝參數(shù)不當,造成棒材頭部切頭處表面產(chǎn)生表面橫向裂紋,下圖給出了高溫合金棒材原材料表面橫向等紋。表面橫向裂紋的危害性比縱向裂紋更大。

(3)內(nèi)部裂約

原材料內(nèi)部裂紋也是一種常見缺陷。一般表現(xiàn)為裂紋曲折、尾部尖細,并且局部有分叉。如裂紋兩側(cè)存在脫碳現(xiàn)象,裂紋中有氧化層,則說明在熱處理前裂紋已存在。

內(nèi)部裂紋大多情況下與材料的內(nèi)部缺陷,如疏松、夾雜等有關(guān),尤其在擠壓棒材的過程中,由于理論上中心線的變形量為零,材料內(nèi)部的原始缺陷由于外表面的擠壓應(yīng)力較心部大得多而發(fā)生變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生進一步的開裂。

原材料表面折疊

緊固件用合金棒材,因鋼廠生產(chǎn)過程工藝不當,造成棒材表面產(chǎn)生折疊甚至裂紋。對緊固件而言,折疊的形成原因主要是由于金屬坯料在軋制過程中,軋輥上的型槽定徑不準確,或型槽磨損面產(chǎn)生的毛刺被卷入,形成和材料表面具有相應(yīng)的角度的折疊。

原材料表面脫碳

原材料表面脫碳主要是原材料在鋼廠拉拔過程中退火不當造成,原材料表面脫碳層分布在緊固件材料表面,兩端的機加端面無脫碳。使用中,脫碳不僅造成緊固件的整體強度降低,特別是由于處于表面的脫碳層強度低,易于在脫碳層內(nèi)產(chǎn)生表面裂紋,使得緊固件發(fā)生早期斷裂失效。特別是對于螺紋來說,表面脫碳導致螺紋強度顯著降低,容易發(fā)生掉齒和脫扣等故障現(xiàn)象。

原材料表面粗晶環(huán)是多發(fā)生在鋁合金和鎂合金擠壓棒材上的缺陷,在鋼和其他材料中也會出現(xiàn)。粗晶環(huán)厚度呈現(xiàn)出由擠壓時的起始端到最后端逐漸增加的特征。如果擠壓時的潤滑條件較好,則在熱處理后可以減少或避免粗晶環(huán)的存在。由原材料表層的粗晶環(huán)造成緊固件表層的粗晶環(huán)時,將顯著降低緊固件的性能,特別是在粗晶環(huán)和細晶的界面上由于強度的差異導致變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生裂紋。某螺栓桿部表層粗晶環(huán)見下圖,可以看出,粗晶環(huán)與正常組織區(qū)域的界面非常明顯,非常容易在此界面上產(chǎn)生開裂。

原材料表面存在粗晶時,在冷擠壓或墩制成形時還會導致緊固件表面粗糙度變差,嚴重時呈橘皮狀特征,這在鋁合金或鎂合金等低強度材料的緊固件中較為明顯,橘皮狀本質(zhì)上是一種表面沿晶界的網(wǎng)狀微觀開裂,在使用時微裂紋擴展而成為宏觀裂紋。形成粗晶環(huán)的主要原因是原材料冷拉變形不當所致。例如,高溫合金冷拉棒材,成品前的最后一次冷拉變形量控制不當,使材料表層的變形量落在臨界變形區(qū)內(nèi),經(jīng)固溶熱處理后臨界變形區(qū)內(nèi)的晶粒長大形成粗晶環(huán)。

原材料殘余縮孔主要是鋼廠對鋼錠的帽口未切除干凈,在開壞和軋制時殘留在原材料內(nèi)部所致。殘余縮孔密集的區(qū)域,般會出現(xiàn)夾雜物、疏松、偏析等缺陷。有殘余縮孔的原材料在變形或加工緊固件后,會使緊固件的心部從頭至尾呈現(xiàn)貫通的孔洞和不規(guī)則的內(nèi)裂紋,裂紋的擴展容易造成緊固件的失效TB3鈦合金螺釘在裝配過程中曾多次發(fā)生斷裂。分析表明,螺釘斷裂是由于原材料殘余縮孔未切除干凈,而在鍛造過程中又未焊合,由于承受了多次鍛打變形,在缺陷處沿原始β晶界開裂,當螺釘受到軸向裝配應(yīng)力時產(chǎn)生斷裂。

原材料中雜質(zhì)元素主要來源于材料冶煉過程中所用的原材料、冶煉過程中大氣、爐壁上或坩堝材料的污染、合金錠或母合金以及零件澆鑄過程中的污染等。當夾雜物聚集分布或在成形過程中沿變形方向呈鏈狀分布時,容易導致緊固件在加工和使用過程中沿夾雜物發(fā)生開裂。

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