关于螺丝头部锻造裂纹说明

4.8级六角头螺栓头部断裂原因分析摘要本文采用酸蚀试验，化学分析，金相检验，扫描电镜等方法，对常熟标准件厂生产的4.8级低碳钢制六角头螺栓在安装时发生头部断裂的现象进行了分析。

结果证明该螺栓位于头部沿径向的脆性断裂，是头部冷镦过程中偏心导致头部产生折叠，继而产生的裂纹引起的。

关键词六角头脆性断裂偏心折叠引言我厂生产的4.8级六角头螺栓，客户在使用安装时屡次发生位于头部沿径向的脆性断裂。

该螺栓的生产工序为：材料退火→材料拉拔→冷镦→搓牙。

我们对断裂螺栓进行了物理和化学性能的分析，并同时与其他批次合格螺栓进行了比较。

1 检验及分析1.1 检测仪器MAXxLMF14直读光谱仪HXS-1000A金相显微镜HR-150A硬度计EVO 18扫描电镜1.2 宏观及酸蚀试验取断裂螺栓型号为1180 16X45 ，图1为断口形貌，可见断口成灰色结晶状，光滑平坦，裂纹起源于次表面（箭头处），看不到纤维区，剪切唇区很小，整个断面呈现脆性断裂特征。

取断裂螺栓的头部沿纵向中心线剖开做低倍酸蚀试验，同时取不同批次合格螺栓与之比较。

图2是断裂同批次未使用螺栓，在头部距支撑面1/3处一条明显裂纹，裂纹处金属流线有折叠，有尖角，左右不对称。

图3是其他批次合格螺栓，金属流线完整对称，金属纤维连续。

图2也说明螺栓安装扭断之前已有裂纹存在，这裂纹是在之前的工序产生的。

1.3 硬度HRB82 符合4.8级标准1.4 化学分析用直读光谱仪测断裂螺栓的化学成分，结果如下：0.10%C，0.11%Si，0.41%Mn，0.011%S，0.013%P材料符合标准规定。

1.5 金相分析取断裂螺栓的横截面做金相试样，晶粒度6级，组织为块状F+少量聚集的粒状P。

为正常退火组织。

（图略）1.6 扫描电镜分析对断裂螺栓的断口进行扫描电镜观察（图4），断口形貌既非解理形貌，也非典型的晶间断裂形貌，而是非常平坦的金属平面，在金属平面上，是不同晶粒压平后的晶界（呈亮线）。

锻造裂纹产⽣的原因及解决⽅法裂纹是锻压⽣产中常见的主要缺陷之⼀，通常是先形成微观裂纹，再扩展成宏观裂纹。

锻造⼯艺过程（包括加热和冷却）中裂纹的产⽣与受⼒情况、变形⾦属的组织结构、变形温度和变形速度等有关。

锻造⼯艺过程中除了⼯具给予⼯件的作⽤⼒之外，还有由于变形不均匀和变形速度不同引起的附加应⼒、由温度不均匀引起的热应⼒和由组织转变不同时进⾏⽽产⽣的组织应⼒。

应⼒状态、变形温度和变形速度是裂纹产⽣和扩展的外部条件；⾦属的组织结构是裂纹产⽣和扩展的内部依据。

前者是通过对⾦属组织及对微观机制的影响⽽对裂纹的发⽣和扩展发⽣作⽤的。

全⾯分析裂纹的成因应当综合地进⾏⼒学和组织的分析。

（⼀）形成裂纹的⼒学分析在外⼒作⽤下物体内各点处于⼀定应⼒状态，在不同的⽅位将作⽤不同的正应⼒及切应⼒。

裂纹的形式⼀般有两种：⼀是切断，断裂⾯是平⾏于最⼤切应⼒或最⼤切应变；另⼀种是正断，断裂⾯垂直于最⼤正应⼒或正应变⽅向。

⾄于材料产⽣何种破坏形式，主要取决于应⼒状态，即正应⼒σ与剪应⼒τ之⽐值。

也与材料所能承受的极限变形程度εmax 及γmax有关。

例如，①对于塑性材料的扭转，由于最⼤正应⼒与切应⼒之⽐σ/τ=1是剪断破坏；②对于低塑性材料，由于不能承受⼤的拉应变，扭转时产⽣45°⽅向开裂。

由于断⾯形状突然变化或试件上有尖锐缺⼝，将引起应⼒集中，应⼒的⽐值σ/τ有很⼤变化，例如带缺⼝试件拉伸σ/τ=4，这时多发⽣正断。

下⾯分析不同外⼒引起开裂的情况。

1.由外⼒直接引起的裂纹压⼒加⼯⽣产中，在下列⼀些情况，由外⼒作⽤可能引起裂纹：弯曲和校直、脆性材料镦粗、冲头扩孔、扭转、拉拔、拉伸、胀形和内翻边等，现结合⼏个⼯序说明如下。

弯曲件在校正⼯序中（见图3-34）由于⼀侧受拉应⼒常易引起开裂。

例如某⼚锻⾼速钢拉⼑时，⼯具的断⾯是边长相差较⼤的矩形，沿窄边压缩时易产⽣弯曲，当弯曲⽐较严重，随后校正时常常开裂。

镦粗时轴向虽受压应⼒，但与轴线成45°⽅向有最⼤剪应⼒。

锻件常见缺陷裂纹的原因锻件常见缺陷裂纹的原因有很多，主要包括以下几个方面：1. 锻造前材料的缺陷：锻造前原材料中可能存在着各种缺陷，如夹杂物、气孔、夹渣等。

这些缺陷会在锻造过程中被拉长、扭曲或剪切，最终导致锻件出现裂纹。

2. 异常冷却方式：锻件在冷却过程中，如果冷却速度过快或不均匀，会导致锻件内部产生应力集中，从而引发裂纹。

尤其是在大尺寸、复杂形状的锻件中，由于其冷却速度不均匀，容易出现内部裂纹。

3. 冷、热变形不均匀：锻造过程中，如果材料的冷、热变形不均匀，会导致锻件内部应力分布不均匀，从而引发裂纹的产生。

尤其是在复杂形状、壁厚不一的锻件中，易出现材料贫化、过冷区和高应力区，容易引发裂纹。

4. 锻造温度过低或过高：锻造温度是影响锻件质量的关键因素之一。

如果温度过低，会导致材料的硬化能力不足，易发生塑性变形困难，从而引发裂纹；而温度过高，则会导致材料的焊接性能下降，也容易引发裂纹。

5. 压力不均匀：锻造过程中，如果锻压力不均匀，会使锻件中的应力分布不均匀，从而容易产生应力集中和裂纹。

尤其是在薄壁锻件中，容易出现锻压力不均匀的问题，导致裂纹的发生。

6. 锻件设计不合理：锻件的设计是影响锻件质量的重要因素之一。

如果锻件的形状、结构设计不合理，容易导致应力集中，从而引发裂纹的产生。

尤其是在复杂形状、尺寸大的锻件中，设计不合理会增加裂纹发生的概率。

7. 热处理不当：热处理是锻件制造过程中的关键环节，如果热处理不当，会导致锻件中的应力不释放或释放不充分，从而引发裂纹。

此外，热处理时的温度、时间等参数也需要合适，否则也可能导致裂纹的产生。

这些都是导致锻件常见缺陷裂纹的主要原因。

为了降低或避免裂纹的产生，需要从原材料选用、工艺控制、设备维护等方面做好控制和管理。

同时，制定合理的锻造工艺和热处理工艺，合理设计锻件形状和结构，对裂纹的产生起到有力的控制和避免作用。

还需要加强工作人员的培训和技能提升，提高他们的专业水平和质量意识，从而减少裂纹缺陷的发生，提高锻件的质量。

60Si2Mn 锻裂原因及解决方案崇　鹏　(扬子重机公司)摘　要　采用退火工艺来消除钢锭内应力、减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性,适当调整制造工艺,在不增加成本的前提下,锻造出合格的锻件,并最终加工成符合技术要求的产品。

关键词　60Si2Mn 裂纹　退火1　前言我公司承接的一批加工件,其材质为60Si2Mn,技术要求为调质处理HB241～280。

锻造过程中锻件两端头部开裂(锻造原材料为我公司铸造的钢锭),不能得到合格锻件。

为了有效消除裂纹,经对裂纹产生的原因进行综合分析,相应采取了一定的热处理方法,适当调整了工艺,在成本几乎未增加的前提下得到了合格锻件,并最终加工成合格产品。

2　锻裂宏观形貌最初的制造工艺路线为:炼钢→铸锭→气割下料(未预热)→锻造→退火→粗加工→调质→精加工。

锻造加热温度1180℃,始锻温度1150℃,终锻温度850℃。

锻造后退火的目的在于消除锻造应力,降低硬度,提高切削性能。

钢锭采取氧割下料,经锻造后发现端部有开裂现象:一种为类似缩孔的缺陷(图1);另一种为通条的大裂纹,旁边伴随细小裂纹(图2)。

3　锻裂原因分析经对60Si2Mn 锻裂现象进行宏观分析,锻裂原因主要有以下两个方面。

图1　钢锭缺陷造成开裂图2　气割下料造成开裂3.1　钢锭缺陷造成锻造开裂我公司铸造的60Si2Mn 钢锭经光谱分析化验其主要化学成分(见表1),符合国家标准(G B /T1222-1984)。

表1　主要化学成分钢号及炉号化学成分(%)CSi Mn Cr P S 60Si2Mn (实测)(77-137)0.641.600.860.0740.0290.01560Si2Mn (实测)(77-161)0.63 1.850.770.0310.0170.01660Si2Mn (标准)0.56～0.641.50～2.000.60～0.90≤0.35≤0.035≤0.03560Si2Mn 钢锭化学成分是合格的,但铸锭本身存在铸造内应力,而且钢锭凝固时有成分偏析,造成成分和组织的不均匀性。