从紧固件的热处理制造和装配过程看失效原因

紧固件与所有其他制造产品有一个共同点：制造控制得越好，性能越好。在制造过程中，有几个因素影响紧固件质量：

1）如果温度达到700摄氏度左右，在热处理过程中可能发生金属脱碳，而且炉内没有足够的保护气氛。这可能会导致螺纹处变软脱落。

2）淬火和回火（或拉伸）是钢紧固件最常用的热处理工艺之一。紧固件应在从淬火中取出后和完全冷却前几分钟内进行回火。否则可能导致淬火开裂、过早失效或使用寿命短于正常使用寿命（见图1）。

3）在紧固件头部成形过程中，金属的晶粒流线在正确的方向上是很重要的。向螺栓头部与杆部交界处的圆角处急剧移动的晶粒流线不能产生良好的流动（见图2）。这可能会使紧固件在安装过程中头部容易断裂。

在头部成形过程中，金属的晶粒流线向正确的方向成形是非常重要的。左边的图像表示符合SAE USCAR8规范的可接受颗粒流。

大家在制造过程中需要检查紧固件，以确定合适的晶粒流动模式，检查员用盐酸和水将样品紧固件的头部分段煮沸1分钟，这样就可以很容易地评估晶粒的流动。例如，大家的汽车客户使用的所有头螺栓和螺钉必须满足SAE USAC8规范的晶粒流动模式。

4）当扭矩太大时，靠近头部的螺纹太近的话会增加头部的压力。这种情况也可能导致从头到杆部的失败。因为这个缺陷会增加径向应力，当它出现在紧固件中时会加速氢脆（见图3）。

图 3  氢脆是紧固件失效的常见原因。照片中的箭头表示荷载应力区域。

当氢在紧固件电镀过程中被吸附在钢中并沿晶界移动到应力集中时，会发生内部氢脆。这可能会在负载下导致突然的灾难性故障。

5）大多数螺纹紧固件都经过电镀或保护涂层处理，以防止生锈或腐蚀，然后根据ASTM B117（盐雾试验）测试其抗腐蚀性，这一过程可能导致保护涂层的破坏。

6）在最终测试和装配的过程中，每个紧固件都会遭受一些或多或少的破坏，导致保护涂层可能会受损。在使用过程中可能出现过早的红色（氧化铁）锈蚀。

7）另一个常见的问题是浸渍旋涂。它提供了极好的防腐蚀保护，但当过多的电镀填充小螺钉的头部时，可能会导致不能顺利的钻孔。

紧固件的几何结构、材料、热处理、表面处理和其他因素都会影响其从装配到安装产品的使用寿命期间的性能，因此，应始终将紧固件视为工程部件而不是简单的标准件。