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阎振中:M24X1.5螺栓副滑丝的原因(附图)

中国金牌娱乐工业联合会机经网  发布时间:2018-06-06 15:39:06  来源:金蜘蛛紧固件网


关键词: 阎振中    M24X1.5    螺栓副滑丝    原因   

热处理表面增碳,是滑丝脱扣的主要原因

  热处理表面增碳,是滑丝脱扣的主要原因重汽使用的M24X1.5 凸缘螺螺母,安装在推进杆及U 型螺栓上使用;在使用过程中出现了螺栓副断裂、滑丝、脱扣等失效的状况,螺栓副的失效后的丝扣,交融在一起,填满了螺母的凹槽内,经过检测实验,发现螺栓螺纹表层增碳,硬度超过了技术标准,产生脆性,发展到滑丝脱扣;

  其主要原因是热处理工艺产生偏差,碳势增加,螺栓的螺纹增碳、脆性加强,形成螺牙崩断,进而产生滑丝脱扣现象。热处理表面增碳,是滑丝脱扣的主要原因!

  在陕西重汽使用的M24X1.5 凸缘螺螺母及螺栓,主要是安装在推进杆及U型螺栓上使用;在使用过程中出现了断裂、滑丝、脱扣失效的情况,失效情况比较复杂,呈现多种形态。

  一、宏观分析

  M24X1.5 凸缘螺母及M24X1.5 螺栓,使用运行过程中,受力状况比较复杂,螺栓副先后出现了脱扣、滑牙等多种多样的失效状况,见下面的宏观失效图片(图一)。

  

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  图一 螺栓副螺纹失效A

  图一失效初步分析:

  1. 图一A 螺栓脱扣,螺栓紧挨螺母垫片的第一牙,螺栓螺纹完全失去了,形成脱扣。

  2. 图一B 螺母滑丝脱扣,从滑丝后的剖面图,可以看出丝纹已经填满了螺母的螺纹凹处,分不清哪一个是螺母的丝牙、哪一个是螺栓的丝牙。

  3. 图一C 三个严重滑丝的螺母,螺栓、螺母滑下的丝扣,把螺母的螺纹凹槽完全填满了。

  4. 由于客户要求断裂的原因很急,销售员马上取下滑丝脱扣的螺栓,没有拍摄宏观照片,实验室立即取样解剖,进行金相分析,因此,缺少螺栓的滑丝脱扣宏观照片。

  二、螺栓副检测状况

  1. 金相分析

  (1)从滑丝脱扣失效螺栓副中,分别取得螺栓完整螺纹的螺牙,做螺纹的金相图片,螺牙的顶端和螺牙的牙尖均出现严重增碳的现象,(见图二)。

  

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  图二 螺纹增碳状况

  图二A 螺纹的顶端全增碳层与基体的分界线不明显,但是侧面分界线比较明显,因此取图二A 螺纹左侧面做金相图片进行测量,出现101.29μm 全增碳层,还有增碳的过渡层,增碳层的出现,增加了螺栓的硬度,同时也会了增加牙尖的脆性。

  图二B 螺纹的顶端出现107.99μm 增碳层,同时螺纹的两个侧面:左侧出现65μm 增碳层;右侧出现80μm 增碳层。从图二B 中可以看到,B 螺栓的增碳现象十分明显, 增碳层与基体分界明显;顶端及两个侧面的增碳层显而易见。

  (2)牙尖不完整(见图三)。

  图一A 螺栓副螺纹螺栓脱扣还有一种情况:螺牙不完整(见图三),我们取下螺栓后,发现下面的螺纹牙中,有一些螺牙有缺陷,是螺栓制造过程中造成的牙尖不完整,降低了螺栓螺纹的强度,在使用过程中牙尖受到比较大的交变应力,容易产生牙尖崩裂,类似于上面崩裂状况;只不过上面是增碳层的出现,增加了牙尖的脆性,从而导致牙尖崩裂;而牙尖不完整,是强度衰减,容易形成螺牙强度不足崩裂状况,对脱扣起了推波助澜的作用;这是螺栓制造过程中的缺陷所造成的,但是增碳产生脆性,形成螺牙的断裂、滑丝、脱扣是主要原因。

  

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  图三 螺牙不完整

  2. 洛氏硬度分析

  

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  螺母与螺栓硬度差比较大,螺栓比螺母硬度高出6-7HRC。

  3. 维氏硬度分析

  

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  三、初步分析

  从以上的检测分析中可以看出:由于螺栓螺纹表面增碳,表面硬度高于基体硬度Hv30 度以上,螺栓A 高于基体达到Hv37,螺栓B 高于基体硬度Hv54,而且二者的表面硬度全部超过了Hv390 标准、超越了10.9 级的硬度标准要求;同时GB/T3098.1 的国家紧固件标准规定:紧固件表面硬度不应该超过基体硬度30 个维氏单位;10.9 级高强度螺栓表面硬度不应该超过390HV。超过了上述要求,说明存在表面增碳现象,见下面截图四。

  

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  图四 GB/T3098.1 第九章技术要求

  由于螺栓螺纹表面增碳严重,表面硬度超过技术标准后,螺栓螺纹尖变硬变脆,重汽推进杆及U 型螺栓受到的作用力比较大,在反复交变应力作用下,提高硬度后螺栓表面脆性增加,在外力增加或者应力方向改变,很容易形成牙尖断裂,牙尖利口硬度比较高(见上面硬度检测表格)。牙尖崩裂后,在运行中,崩裂的牙尖不断地撞击螺母螺纹壁,在反复运动中缺陷不断扩大,逐渐形成丝条,最终形成滑丝。

  因此螺纹表面硬度的增加,能够造成螺牙的脆性,最终形成滑丝脱扣。在GB/T3098.1 增碳试验中有明确的规定及叙述,见下面图五。

  

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  图五 GB/T3098.1 第九章增碳试验

  螺栓螺纹增碳——→牙尖变脆——→受到交变应力,牙尖脆断——→不断地碰撞螺母螺纹(由于螺栓硬度比较高)——→在不断地撞击,螺母壁强度比较低,容易拉毛——→在不断地啃撞下,螺栓、螺母打破缺口,产生丝带——→最终形成滑丝脱扣。螺栓、螺母滑丝脱扣形成的主要原因,是螺栓的增碳所造成的。

  四、结论

  主要原因:在热处理过程中,由于工艺操作存在问题,形成碳势过高,导致螺栓螺纹严重的增碳,造成脆性,最终导致滑丝脱扣。

  参考文献

  GB/T3098.1——2010《紧固件的金牌娱乐性能螺栓、螺钉和螺柱》

  作者:金蜘蛛紧固件网顾问专家 阎振中,本文原刊登于第52期金蜘蛛《紧固件》季刊

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责任编辑:机经网编辑部 feng
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