六角头螺栓断口形貌分析

六角螺母，规格为M30 ，材料为45号钢，螺母等级10H，在安装时发生开裂失效。

13.4.1  试验过程与结果

  该批六角螺母的生产工艺如下：

下料? 压高? 烧红? 冲孔? 定型? 调质?攻丝?磷化，生产工艺过程未发现问题。

对开裂失效螺母两件进行宏观检查，见图13-28。

开裂螺母断裂面的断口宏观形貌，断口表面已被严重氧化，表面有锈迹，见图13-29。

图13-28   开裂螺母形貌               图13-29 螺母开裂断口形貌

（1）断口扫描电镜检查

扫描电镜对断口螺纹部分进行检测，发现螺纹上存在裂纹，断裂处看到磷化膜组织，能谱分析断口上有磷元素存在，见图13-30。

图13-30 螺纹处螺纹上的裂纹形貌

裂纹源处为解理和准解理形貌，为脆性断裂，见图13-31

断口断裂面其他部位的断裂形貌，为韧窝状延性断裂形貌，见图13-32。            

    图13-31 裂纹源处脆性断裂形貌           图13-32 其他部位韧窝状形貌

（2）金相检查

对两个断口金相检查，在两个断口的螺纹上均发现裂纹，未进行腐蚀的试样见图13-33、图13-34。

图13-33  螺纹上的裂纹，               图13-34  螺纹牙侧上的裂纹

对两个断口试样，经4%硝酸酒精腐蚀，在裂纹处均无脱碳，裂纹的位置无规律，但裂纹由表面向里发展，走势刚劲有力，末端无分叉，见图13-35、图13-36。

  图13-35  腐蚀后的裂纹形貌              图13-36  腐蚀后的裂纹形貌

对开裂螺母进行金相组织检查，组织为回火索氏体组织，见图13-37。

图13-37  螺母金相组织

对开裂螺母的支承、扳拧表面和螺纹牙顶进行检查，支承、扳拧表面和螺纹均有脱碳现象，见图13-38。

                       图13-38 螺母支承表面脱碳              

对开裂螺母进行硬度检测，螺母标准要求为222～304HV30，检测结果为275～385HV30，符合标准要求。

化学成分分析，结果均符合GB/T 3077-1999标准，45号钢的要求。

13.4.2   分析与讨论

   该螺母脱碳检查，支承、扳拧表面和螺纹均有脱碳现象，但在裂纹处均无脱碳。

螺母金相组织和心部硬度均符合要求。

通过能谱分析发现裂纹源处有磷元素存在，说明磷化处理前，螺母已有裂纹存在，磷化时磷化液进入裂纹内，在随后的清洗中没有把磷化液清洗干净，而保留在裂纹内。

该批六角螺母在热处理之前经压高、烧红、冲孔、定型，如果产生裂纹在，在调质的淬火过程中，裂纹处要有脱碳和氧化，

该螺母在断口附近螺纹上均发现有裂纹存在，且裂纹位置均在靠近支承面位置附近的螺纹上，即安装时应力最集中的螺纹处，由于裂纹的存在，使得螺母在安装时，受法向力的作用，存在裂纹的部位首先发生开裂，开裂方向沿法向面开裂。

对两个断口试样，经4%硝酸酒精腐蚀，裂纹处均无脱碳，说明裂纹不是原材料裂纹和冲压裂纹。该裂纹产生于表面处理之前，热处理之后，但裂纹由表面向里发展，走势刚劲有力，末端无分叉，只能是热处理淬火时产生的淬火裂纹。

裂纹位置的断裂形貌为脆性断裂形貌，而断裂面其他部位的断裂形貌为韧窝状延性断裂形貌，进一步说明螺母安装开裂时，因有热处理淬火裂纹产生脆性开裂形貌，而其他部位的开裂形貌为韧窝状延性开裂形貌，是在安装应力作用下的开裂。

45钢加工的产品在热处理时容易产生淬火裂纹，特别是45钢螺母更容易在热处理时变形及产生淬火裂纹，因此， 45钢螺母热处理时，要防止产生淬火裂纹。

13.4.3  结论与启示

 （1）由于该螺母存在淬火裂纹，在安装时在安装应力作用下开裂失效。

（2）45钢螺母热处理时，要控制淬火加热温度和冷却速度，防止产生淬火裂纹。