高强度螺栓脆断的原因

风中之沙

西渡高速钢 发表于 2012-11-20 07:56
个人看法，谈几点：
1、对40Cr，硬度做到HRC34-37，是否合理有待商榷；
2、40Cr材料的回火脆性，总所周知 ...

此产品为M16的网架螺栓，GB16939 标准；10.9级的螺栓此硬度不算很高；你说的冲击槽，其实不是冲击槽，只是起到定位作用的槽，网架螺栓一般不受冲击力，一般只收拉力作用；我个人分析应该是热处理问题，估计是热处理的时候误用水冷了，导致在槽位部分应力集中，断裂；

风中之沙

张跃腾 发表于 2012-11-23 11:15
我个人感觉应该是锻造后有伤 或是淬火裂纹  在一个就是内应力为消除干净

你不知道的。锻造不会有裂纹的。因为那个位置加热不到。我是做这个螺栓。，很清楚。

西渡高速钢

风中之沙 发表于 2012-11-23 11:32
此产品为M16的网架螺栓，GB16939 标准；10.9级的螺栓此硬度不算很高；你说的冲击槽，其实不是冲击槽，只是 ...

    因缺乏断口照片、缺乏相应的基础测试结果，仅依据LZ反映的部分情况，我们谁也不能肯定什么或否定什么，只能提供一些分析的思路以及推测螺栓断裂的可能性。旨在希望LZ能通过大家的讨论，集思广益，跟紧必要的检查工作，有可靠数据后，大家的分析才会更有意义。

合金钢

qibao9891 发表于 2012-11-20 23:34
请说明回火后的冷却方式。

回火后水温45度左右冷却。你是认为与回火脆性有关吗？

合金钢

西渡高速钢 发表于 2012-11-23 12:17
因缺乏断口照片、缺乏相应的基础测试结果，仅依据LZ反映的部分情况，我们谁也不能肯定什么或否定什么 ...

非常赞同你的观点，由于断裂的样品有限，很难提供更好的图片。所以，希望集中各路见解，或许也能帮助改善。所以在这里也谢谢各位。另外补充，后来客户说并没有自然断裂的，都是承受负荷断裂，至于究竟怎么断裂，客户也不能说清楚，三天三个说法。说断了六个，实际只能提供两个断裂的实物过来，并且端口有生锈。至于冲槽有无问题，在后来产品中，肉眼可以看到在冲槽的R角，确有裂纹延伸。

qibao9891

合金钢 发表于 2012-11-23 21:24
回火后水温45度左右冷却。你是认为与回火脆性有关吗？

不是与回火脆性有关。
是与回火后表面应力状态有关。
这么小截面的螺丝，即使空冷也不会有回火脆性的。但是空冷会导致最终表面拉应力状态。只有表面拉应力状态才会出现搁置中断裂。

如果是回火后水冷，表面是压应力状态，不会出现搁置中断裂的现象。

合金钢

可以补充一些，以上图片有一张完整的是客户寄回的同批未使用的产品，另外一张是将其拉伸试验拉断后的状况，其中有个竖起来的是客户寄回的断裂品。问题来了，为什么使用会断在冲槽位置，而拉力实验都断在牙部？

西渡高速钢

合金钢 发表于 2012-11-23 22:13
可以补充一些，以上图片有一张完整的是客户寄回的同批未使用的产品，另外一张是将其拉伸试验拉断后的状况， ...

根据LZ后面跟进的部分照片，我提几句：
1、对冲槽——我觉得不是冲击出来的，而是小铣刀加工的。如果仅仅用于定位作用，建议：加工该槽的深度可以浅一点，槽底过渡的弧度可以大一点，这样有利减缓应力集中现象。
2、10.9级的螺栓，选用40Cr材料，热处理硬度可以适当降一点，控制硬度在HRC28-32应该足够，这样有利降低材料的脆性，适当改善韧性；
3、若担心螺栓强度不足，应考虑材料选择其它回火脆性不敏感的材料，如42CrMo、30CrMoSi等，或者选择规格大一点的螺栓。

chg1555

还需要关注冷镦、搓丝变化点，以及客户用的何种拧紧工具(注意气动枪)。
你的拉伸试验是用拉伸试验机，还是用拧紧方式的拉伸试验，这两种结果不同。

风中之沙

合金钢 发表于 2012-11-23 22:13
可以补充一些，以上图片有一张完整的是客户寄回的同批未使用的产品，另外一张是将其拉伸试验拉断后的状况， ...

螺栓做拉力试验断裂位置就应该在螺纹部分，不允许断裂在杆部或者杆部与头部的结合处；
不过你这网架螺栓肯定是有问题的。我们公司生产的网架螺栓做拉力试验，断裂处只会在螺纹部分，槽位不会有裂纹出现。

风中之沙

西渡高速钢 发表于 2012-11-24 09:47
根据LZ后面跟进的部分照片，我提几句：
1、对冲槽——我觉得不是冲击出来的，而是小铣刀加工的。如果仅仅 ...

那槽位都是铣刀铣出来的。
槽位的位置和深浅标准都有规定的。尺寸不能随意更改；
10.9级螺栓的硬度标准规定为32-39HRC，也不能随意更改；

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淬火裂纹，裂纹源在R角处，参与应力最大处

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螺栓硬度应控制在HRC33左右是最理想的硬度。个人觉得是硬度过高造成，

西渡高速钢

风中之沙 发表于 2013-3-15 14:46
那槽位都是铣刀铣出来的。
槽位的位置和深浅标准都有规定的。尺寸不能随意更改；
10.9级螺栓的硬度标准 ...

能否先将“自然”断裂的螺钉测试一下硬度？

另：

我们对国标中，规定了很多内容，持尊重的态度是必须滴。

既然我们严格遵守国标，那我们在螺钉设计时，在其螺杆部分设计那么一个定位用的槽，是否也符合国标的精神呢？显然，这一设计，国标中无相关文字描述，这就需要我们根据具体问题具体分析。既然我们在螺钉形状的设计没严格按国标来执行，那又何必拘泥国标中关于材料硬度值的参考意见呢？

国标中关于螺栓强度等级，其拉伸强度的高低是硬性指标，而对硬度值，那是参考指标。

对于螺钉定位槽的设计，当然，作为生产者必须按设计者给出的图纸来生产，这是工艺纪律，无可厚非。
但执行是一回事，技术沟通又是另一回事，当实际情况下发生问题时，除认真分析原因外，我们更应该将眼光瞄准“满足使用”、“如何更安全”、“更方便制造”、“如何降低成本”等等，来提出便于改善的措施。

不知诸位意下如何？待探讨中。。。。。。。

万飞飞

。。。。。。。。比较深奥

风中之沙

西渡高速钢 发表于 2013-3-17 09:00
能否先将“自然”断裂的螺钉测试一下硬度？

另：

GB16939国家标准要求必须有那个槽位的。还有，我做过很多试验，达不到那个硬度要求是满足不了螺栓的抗拉强度；人家标准的制定者不是瞎搞。

沧浪岁月

如果是氢脆断裂 淬火应力断裂 回火脆性断裂 就应该是大批量的零件失效   小批量出现应该判定是锻打过程造成的细小裂纹再加上其他原因造成的开裂 只有锻打才是逐件加工的

qibao9891

楼主在26楼说“另外补充，后来客户说并没有自然断裂的，都是承受负荷断裂，”

如果是自然断裂，没有原因可查。回火冷却是水冷，表面压应力，置裂没有驱动力的。

如果是受载断裂，基本可以确定是氢脆所致。不要做过多的分析了，全是无用功。
这个氢脆不是一开始就有的。所以在拉力实验中也不会表现出来。
电镀前的酸洗，螺栓含氢量上升，但未到表现出脆性的程度。拉力实验加载时间比较短，不会因此引起氢的重新分布。所以拉力实验断裂部位是螺纹部位，不是槽部。
使用后，螺栓受拉力影响，产生拉应力。槽部由于结构的关系，产生拉应力集中。拉应力使晶格间距加大。利于氢的富集。随时间推移，氢逐渐扩散，并在拉应力集中区域的槽部产生富集，最终产生氢脆。


愚见。

沧浪岁月

qibao9891 发表于 2013-5-2 23:07
楼主在26楼说“另外补充，后来客户说并没有自然断裂的，都是承受负荷断裂，”

如果是自然断裂，没有原因 ...

同批次的其他零件和失效件的工艺过程是一样的呀 这又怎么解释呢 谢谢楼上

qibao9891

每个件的吸氢量是不同的；淬回火后的应力也是不同的；实际工作状态中的预紧力和拉力也是不一样的。以及其它的一些相关因素引起的波动，都会对是否发生断裂造成影响。
这要靠现场根据具体情况分析判断了。