沈陽緊固件原材料常見缺陷

緊固件原材料質量造成的常見缺陷

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、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,由于應力集中,在冷卻時沿劃痕開裂。又如原材料內部缺陷沿軋制即流線方向變形并暴露在棒材表面,在應力作用下開裂。

(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不當,造成棒材頭部切頭處表面產生表面橫向裂紋,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)內部裂約

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

內部裂紋大多情況下與材料的內部缺陷,如疏松、夾雜等有關,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,材料內部的原始缺陷由于外表面的擠壓應力較心部大得多而發生變形不協調產生進一步的開裂。

原材料表面折疊

緊固件用合金棒材,因鋼廠生產過程工藝不當,造成棒材表面產生折疊甚至裂紋。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,或型槽磨損面產生的毛刺被卷入,形成和材料表面具有相應的角度的折疊。

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,易于在脫碳層內產生表面裂紋,使得緊固件發生早期斷裂失效。特別是對于螺紋來說,表面脫碳導致螺紋強度顯著降低,容易發生掉齒和脫扣等故障現象。

原材料表面粗晶環是多發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。粗晶環厚度呈現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的存在。由原材料表層的粗晶環造成緊固件表層的粗晶環時,將顯著降低緊固件的性能,特別是在粗晶環和細晶的界面上由于強度的差異導致變形不協調而產生裂紋。某螺栓桿部表層粗晶環見下圖,可以看出,粗晶環與正常組織區域的界面非常明顯,非常容易在此界面上產生開裂。

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,橘皮狀本質上是一種表面沿晶界的網狀微觀開裂,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內,經固溶熱處理后臨界變形區內的晶粒長大形成粗晶環。

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部所致。殘余縮孔密集的區域,般會出現夾雜物、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貫通的孔洞和不規則的內裂紋,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力時產生斷裂。

原材料中雜質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生開裂。

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