SWRCH35K螺栓头部弧形裂纹

取3件裂纹件进行宏观检查，3件故障件均在螺栓六角头端面上的凸台上有弧形裂纹，如图13-48所示。

图13-48 头部凸台上有弧形裂纹件

螺栓裂纹均处于头部凸台处，呈圆形或由几条圆弧形裂纹交错而成，裂纹大致与顶部圆形凹面同心。

将试样纵向切开，观察到裂纹附近晶粒流线正常，裂纹由上向下扩展，一直延伸到头部下方，某些部位有分支小裂纹，裂纹的线条刚健有力，尾端尖细，如图13-49所示。

 图13-49   裂纹处纵向截面低倍组织

将裂纹件的裂纹打开，对裂纹表面进行扫描电镜观察和能谱成分分析。裂纹表面为典型的冰糖状沿晶开裂，表面有轻微氧化，见图13-50。

对裂纹件进行低倍缺陷及流线检查，用线切割将试样头部端面切除两毫米取头部横截面，将另一试样沿轴线剖开取纵向截面，将试样置于1:1盐酸水溶液中热浸蚀，观察螺栓的低倍组织缺陷及流线。

螺栓头部横截面的低倍组织，可见螺栓中心部位存在针孔状疏松，而边缘部位因经过镦打，大部分疏松已被锻合，但靠近边缘部位的裂纹较明显，裂纹附近未发现低倍缺陷，图13-51所示。

螺栓头部纵向试样经酸蚀后，头部流线沿外形分布，流线合格，如图13-52。

图13-50 裂纹表面扫描电镜分析

图13-51   螺栓头部低倍组织

图13-52  螺栓头部流线

对螺栓头部进行金相检查， 螺栓头部凸台处的金相组织，为回火索氏体，见图13-53。

螺栓头部凸台处表面金相组织，表面脱碳，脱碳层厚度约为0.1mm，见图13-54。

图13-53 螺栓凸台处的金相组织         图13-54 螺栓凸台处表面的金相组织

裂纹处的金相检查，裂纹两侧组织均为回火索氏体，未见碳势异常，无脱碳，见图13-55（裂纹处的白灰色颗粒为制样时留下的异物）

图13-55  裂纹两侧金相组织

对断裂件不同部位进行显微硬度梯度试验，检测结果：头部凸台处表面硬度梯度，结果显示，在距表面1mm范围内硬度低于250HV，这是由于该处表面脱碳所致，心部硬度为350HV左右。

对断裂件进行夹杂物检查，根据GB/T 10516-2005标准进行评定，试样中存在轻微D类（球状氧化物）夹杂，但夹杂物较为分散，并未见在裂纹附近偏聚，如图13-56所示。

图13-56 裂纹附近夹杂物

用直读光谱法对断裂件进行化学成分分析，其化学成分符合JIS G3507.1-2005标准中SWRCH35K钢的要求。

13.6.3   结论与启示

裂纹件的裂纹与材质、硬度、金相组织、夹杂物等无关。与头部成型和切六方应力、热处理有关。

该批螺栓头部变形大，由于设计成一凹面，在凹面与凸台过度处易造成应力集中。头部经冷镦变形后冲切六方成型，由于螺栓头部变形大，六方冲切后在凸台处的变形应力过大，经热处理后在凸台处产生淬火裂纹。

裂纹走势刚健有力，尾端尖细，裂纹两侧组织无异常，无脱碳，该裂纹为淬火是形成的裂纹 。

对裂纹表面进行扫描电镜观察和能谱成分分析，裂纹表面为典型的冰糖状沿晶开裂，表面有轻微氧化，也进一步确定该裂纹为淬火裂纹。

如果故障件裂纹是在淬火前就有的，则故障件经淬火后的裂纹就会有氧化，两侧组织就会有一些异常，另外，故障件表面已有脱碳，裂纹两侧组织也会有脱碳，但该故障件裂纹无脱碳，裂纹两侧组织也无差异，说明了该裂纹为淬火裂纹。

13.6.3  结论与启示

（1）螺栓头部凹面外侧凸台上的弧形缺陷为淬火裂纹。

（2）螺栓头部变形大成型后内应力过大，热处理前需要去除内应力，建议这类螺栓，头部成型后采用去内应力回火，然后在进行热处理。