從緊固件的熱處理制造和裝配過程看失效原因

緊固件與所有其他制造產(chǎn)品有一個共同點：制造控制得越好，性能越好。在制造過程中，有幾個因素影響緊固件質(zhì)量：

1）如果溫度達到700攝氏度左右，在熱處理過程中可能發(fā)生金屬脫碳，而且爐內(nèi)沒有足夠的保護氣氛。這可能會導(dǎo)致螺紋處變軟脫落。

2）淬火和回火（或拉伸）是鋼緊固件最常用的熱處理工藝之一。緊固件應(yīng)在從淬火中取出后和完全冷卻前幾分鐘內(nèi)進行回火。否則可能導(dǎo)致淬火開裂、過早失效或使用壽命短于正常使用壽命（見圖1）。

3）在緊固件頭部成形過程中，金屬的晶粒流線在正確的方向上是很重要的。向螺栓頭部與桿部交界處的圓角處急劇移動的晶粒流線不能產(chǎn)生良好的流動（見圖2）。這可能會使緊固件在安裝過程中頭部容易斷裂。

在頭部成形過程中，金屬的晶粒流線向正確的方向成形是非常重要的。左邊的圖像表示符合SAE USCAR8規(guī)范的可接受顆粒流。

大家在制造過程中需要檢查緊固件，以確定合適的晶粒流動模式，檢查員用鹽酸和水將樣品緊固件的頭部分段煮沸1分鐘，這樣就可以很容易地評估晶粒的流動。例如，大家的汽車客戶使用的所有頭螺栓和螺釘必須滿足SAE USAC8規(guī)范的晶粒流動模式。

4）當扭矩太大時，靠近頭部的螺紋太近的話會增加頭部的壓力。這種情況也可能導(dǎo)致從頭到桿部的失敗。因為這個缺陷會增加徑向應(yīng)力，當它出現(xiàn)在緊固件中時會加速氫脆（見圖3）。

圖 3  氫脆是緊固件失效的常見原因。照片中的箭頭表示荷載應(yīng)力區(qū)域。

當氫在緊固件電鍍過程中被吸附在鋼中并沿晶界移動到應(yīng)力集中時，會發(fā)生內(nèi)部氫脆。這可能會在負載下導(dǎo)致突然的災(zāi)難性故障。

5）大多數(shù)螺紋緊固件都經(jīng)過電鍍或保護涂層處理，以防止生銹或腐蝕，然后根據(jù)ASTM B117（鹽霧試驗）測試其抗腐蝕性，這一過程可能導(dǎo)致保護涂層的破壞。

6）在最終測試和裝配的過程中，每個緊固件都會遭受一些或多或少的破壞，導(dǎo)致保護涂層可能會受損。在使用過程中可能出現(xiàn)過早的紅色（氧化鐵）銹蝕。

7）另一個常見的問題是浸漬旋涂。它提供了極好的防腐蝕保護，但當過多的電鍍填充小螺釘?shù)念^部時，可能會導(dǎo)致不能順利的鉆孔。

緊固件的幾何結(jié)構(gòu)、材料、熱處理、表面處理和其他因素都會影響其從裝配到安裝產(chǎn)品的使用壽命期間的性能，因此，應(yīng)始終將緊固件視為工程部件而不是簡單的標準件。