風電高強螺栓表面缺陷失效分析

閻保秋

河北宣化工程機械股份有限公司 河北宣化 075100

1 序言

8.8 級高強螺栓是最常用緊固件，材料一般為42CrMoA，化學成分見表1，力學性能要求見表2，螺紋部位采用輥壓加工。

我公司在加工8.8級高強螺栓進行螺紋輥壓時，發(fā)現(xiàn)部分螺紋出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，同時螺紋表面存在凹坑缺陷，如圖1所示。

圖1 螺栓表面缺陷宏觀照片

2 失效分析

1）對螺栓進行夾雜物分析[2]，如圖2所示，放大100倍下螺栓原材料中存在少量塑性夾雜物，評級為A類1級，合格，排除夾雜物超標問題。

圖2 金屬夾雜物評級（100×）

2）在100×顯微鏡下，對螺紋位置缺陷形貌分析（未侵蝕），組織中可見螺紋表層加工變形層，沿變形層方向分布有層狀裂紋，如圖3所示。

圖3 層狀裂紋（100×）

表1 42CrMoA化學成分（質量分數(shù)） （%）

表2 力學性能要求[1]

3）用4%硝酸酒精侵蝕[3]，在1000×顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)表面局部有不均勻白亮層，如圖4所示。

圖4 不均勻白兩層（1000×）

4）對螺紋表層輥壓層進行顯微硬度檢測，硬度分布為642HV、543HV、331HV。硬層0.08mm（注：表層小壓痕為100gf，大壓痕為300gf負荷）。輥壓變形層有加工硬化層，如圖5所示。

圖5 輥壓變形層（500×）

5）金屬流線檢測，輥壓流線沿螺紋外形輪廓，呈層狀曲線分布。局部螺紋表面有損傷，如圖6所示。凹坑表面過渡位置的流線完整、連續(xù)，螺紋頂部凹坑缺陷的輥壓流線沿凹坑和螺紋外廓分布，流線完整、連續(xù)，未被破壞，如圖7所示。

圖6 局部損傷（50×）

圖7 凹坑表面過渡位置（200×）

3 結論與措施

1）該缺陷非原材料夾雜物引起的缺陷。

2）掉塊原因是由于擠壓螺紋時表面溫度過高，表面局部有二次加熱淬火層，在缺陷位置粘連造成掉塊。

3）凹坑為輥壓加工中掉落的碎屑或塊被擠壓產(chǎn)生的凹坑變形。

解決辦法：降低擠壓螺紋的進給速度，增大冷卻液流量，防止材料在擠壓過程中產(chǎn)生高溫。現(xiàn)已生產(chǎn)200多t，再無該掉塊缺陷產(chǎn)生，問題得以解決。