阎振中：M24X1.5螺栓副滑丝的原因

内容提要：

　　重汽使用的M24X1.5 凸缘螺螺母，安装在推进杆及U 型螺栓上使用；在使用过程中出现了螺栓副断裂、滑丝、脱扣等失效的状况，螺栓副的失效后的丝扣，交融在一起，填满了螺母的凹槽内，经过检测实验，发现螺栓螺纹表层增碳，硬度超过了技术标准，产生脆性，发展到滑丝脱扣；

　　其主要原因是热处理工艺产生偏差，碳势增加，螺栓的螺纹增碳、脆性加强，形成螺牙崩断，进而产生滑丝脱扣现象。热处理表面增碳，是滑丝脱扣的主要原因！

　　在陕西重汽使用的M24X1.5 凸缘螺螺母及螺栓，主要是安装在推进杆及U型螺栓上使用；在使用过程中出现了断裂、滑丝、脱扣失效的情况，失效情况比较复杂，呈现多种形态。

一、宏观分析

　　M24X1.5 凸缘螺母及M24X1.5 螺栓，使用运行过程中，受力状况比较复杂，螺栓副先后出现了脱扣、滑牙等多种多样的失效状况，见下面的宏观失效图片（图一）。

　　图一失效初步分析：

　　1. 图一A 螺栓脱扣，螺栓紧挨螺母垫片的第一牙，螺栓螺纹完全失去了，形成脱扣。

　　2. 图一B 螺母滑丝脱扣，从滑丝后的剖面图，可以看出丝纹已经填满了螺母的螺纹凹处，分不清哪一个是螺母的丝牙、哪一个是螺栓的丝牙。

　　3. 图一C 三个严重滑丝的螺母，螺栓、螺母滑下的丝扣，把螺母的螺纹凹槽完全填满了。

　　4. 由于客户要求断裂的原因很急，销售员马上取下滑丝脱扣的螺栓，没有拍摄宏观照片，实验室立即取样解剖，进行金相分析，因此，缺少螺栓的滑丝脱扣宏观照片。

二、螺栓副检测状况

1. 金相分析

　　（1）从滑丝脱扣失效螺栓副中，分别取得螺栓完整螺纹的螺牙，做螺纹的金相图片，螺牙的顶端和螺牙的牙尖均出现严重增碳的现象，（见图二）。

　　图二A 螺纹的顶端全增碳层与基体的分界线不明显，但是侧面分界线比较明显，因此取图二A 螺纹左侧面做金相图片进行测量，出现101.29μm 全增碳层，还有增碳的过渡层，增碳层的出现，增加了螺栓的硬度，同时也会了增加牙尖的脆性。

　　图二B 螺纹的顶端出现107.99μm 增碳层，同时螺纹的两个侧面：左侧出现65μm 增碳层；右侧出现80μm 增碳层。从图二B 中可以看到，B 螺栓的增碳现象十分明显, 增碳层与基体分界明显；顶端及两个侧面的增碳层显而易见。

（2）牙尖不完整（见图三）。

　　图一A 螺栓副螺纹螺栓脱扣还有一种情况：螺牙不完整（见图三），我们取下螺栓后，发现下面的螺纹牙中，有一些螺牙有缺陷，是螺栓制造过程中造成的牙尖不完整，降低了螺栓螺纹的强度，在使用过程中牙尖受到比较大的交变应力，容易产生牙尖崩裂，类似于上面崩裂状况；只不过上面是增碳层的出现，增加了牙尖的脆性，从而导致牙尖崩裂；而牙尖不完整，是强度衰减，容易形成螺牙强度不足崩裂状况，对脱扣起了推波助澜的作用；这是螺栓制造过程中的缺陷所造成的，但是增碳产生脆性，形成螺牙的断裂、滑丝、脱扣是主要原因。

2. 洛氏硬度分析

　　螺母与螺栓硬度差比较大，螺栓比螺母硬度高出6-7HRC。

3. 维氏硬度分析
三、初步分析

　　从以上的检测分析中可以看出：由于螺栓螺纹表面增碳，表面硬度高于基体硬度Hv30 度以上，螺栓A 高于基体达到Hv37，螺栓B 高于基体硬度Hv54，而且二者的表面硬度全部超过了Hv390 标准、超越了10.9 级的硬度标准要求；同时GB/T3098.1 的国家紧固件标准规定：紧固件表面硬度不应该超过基体硬度30 个维氏单位；10.9 级高强度螺栓表面硬度不应该超过390HV。超过了上述要求，说明存在表面增碳现象，见下面截图四。

　　由于螺栓螺纹表面增碳严重，表面硬度超过技术标准后，螺栓螺纹尖变硬变脆，重汽推进杆及U 型螺栓受到的作用力比较大，在反复交变应力作用下，提高硬度后螺栓表面脆性增加，在外力增加或者应力方向改变，很容易形成牙尖断裂，牙尖利口硬度比较高（见上面硬度检测表格）。牙尖崩裂后，在运行中，崩裂的牙尖不断地撞击螺母螺纹壁，在反复运动中缺陷不断扩大，逐渐形成丝条，最终形成滑丝。

　　因此螺纹表面硬度的增加，能够造成螺牙的脆性，最终形成滑丝脱扣。在GB/T3098.1 增碳试验中有明确的规定及叙述，见下面图五。

　　螺栓螺纹增碳——→牙尖变脆——→受到交变应力，牙尖脆断——→不断地碰撞螺母螺纹（由于螺栓硬度比较高）——→在不断地撞击，螺母壁强度比较低，容易拉毛——→在不断地啃撞下，螺栓、螺母打破缺口，产生丝带——→最终形成滑丝脱扣。螺栓、螺母滑丝脱扣形成的主要原因，是螺栓的增碳所造成的。

四、结论

　　主要原因：在热处理过程中，由于工艺操作存在问题，形成碳势过高，导致螺栓螺纹严重的增碳，造成脆性，最终导致滑丝脱扣。

参考文献

　　GB/T3098.1——2010《紧固件的机械性能螺栓、螺钉和螺柱》

　　作者：金蜘蛛紧固件网顾问专家 阎振中，本文原刊登于第52期金蜘蛛《紧固件》季刊，转载请注明来源