大扁頭方頸螺栓，規(guī)格為M16×25，材料40Cr鋼，在冷鐓工序檢查中，發(fā)現(xiàn)冷鐓后頭部開裂，停止冷鐓后分析開裂原因。
16.5.1 試驗(yàn)過程與結(jié)果
冷鐓后頭部開裂螺栓檢查，螺栓頭部開裂均產(chǎn)生于頭部邊沿，外大內(nèi)小，由表向內(nèi)擴(kuò)展，見圖16-23。
圖16-23 頭部開裂宏觀形貌
取1件無裂紋件（1#），兩件頭部開裂件（2#，3#）進(jìn)行分析，3件試驗(yàn)件的宏觀形貌如圖16-24。
圖16-24 未開裂件和開裂件宏觀形貌
1#件螺栓，表面無明顯缺陷，未發(fā)現(xiàn)裂紋。
2#、3#螺栓桿部未發(fā)現(xiàn)有折疊、拉痕、裂紋等缺陷；螺栓的頭部裂紋與螺栓軸線呈一定角度向內(nèi)擴(kuò)展，其中2#螺栓的頭部裂紋口有輕微擴(kuò)展； 3#螺栓的頭部裂紋口有較大擴(kuò)展，見圖16-25；
圖16-25 螺栓頭部開裂處宏觀形貌
（1）掃描電鏡觀察
對2#、3#螺栓的裂紋進(jìn)行掃描電鏡微觀形貌觀察：
2#螺栓裂紋兩側(cè)的韌窩方向相反，表現(xiàn)為撕裂韌窩特征，見圖16-26、圖16-27。
3#螺栓裂紋兩側(cè)微觀形貌與2#螺栓裂紋相同，為典型的撕裂韌窩形貌，見圖16-28、圖16-29。其中，對3#螺栓裂紋起源觀察，未發(fā)現(xiàn)夾雜等缺陷，斷裂形貌為塑性韌窩形貌，見圖16-30。
圖16-26 2#螺栓裂紋兩側(cè)微觀形貌 圖16-27 2#螺栓裂紋兩側(cè)微觀形貌
圖16-28 3#螺栓裂紋兩側(cè)微觀形貌 圖16-29 3#螺栓裂紋兩側(cè)微觀形貌
圖3 裂紋微觀形貌
圖16-30 裂紋起源處微觀形貌
（2）金相組織檢查
分別對1#、2#和3#螺栓進(jìn)行
3#
金相組織檢查，依據(jù)《JB/T 5074-2007》標(biāo)準(zhǔn)的球化體評級：1#螺栓的顯微組織為均勻分布的球狀珠光體+鐵素體，球化體可評為6級，見圖16-31。
2#和3#螺栓的顯微組織基本相同，為球狀珠光體+點(diǎn)狀珠光體+片狀珠光體+鐵素體，球化體可評為4級，見圖16-32、圖16-33。
對3件螺栓表面進(jìn)行酸浸試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)發(fā)紋等表面缺陷。
圖16-31 1#螺栓球化組織
圖16-32 2#螺栓球化組織
圖16-33 3#螺栓球化組織
（3）硬度檢測與化學(xué)成分分析
分別對3件螺栓的硬度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果：
1#無裂紋螺栓硬度： 178～180 HV10；
2#有裂紋螺栓硬度：189～193 HV10；
3#有裂紋螺栓硬度：187～194 HV10；
有裂紋的2#和3#兩件螺栓的硬度值要明顯高于無裂紋的1#螺栓。
分別對三件螺栓進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果三件螺栓化學(xué)成分均符合《GB/T 3077-1999》40Cr標(biāo)準(zhǔn)要求。
16.5.2 分析與討論
故障件的宏觀形貌分析，裂紋分布與螺栓軸線方向均存有一定的斜角，表面呈開口狀，表現(xiàn)為材料塑性不夠或冷鐓變形量過大引起的開裂裂紋特征。
對螺栓裂紋微觀形貌的分析表明，裂紋起源處未發(fā)現(xiàn)夾雜和表面缺陷，裂紋擴(kuò)展方式為典型的撕裂擴(kuò)展，裂紋起源處的韌窩形貌表明裂紋的開裂原因是表面拉力過大或強(qiáng)度不夠造成的。
3件螺栓的化學(xué)成分均符合要求。3件螺栓的硬度檢測結(jié)果有差異，有裂紋的2#和3#兩件螺栓的硬度值要明顯高于無裂紋的1#螺栓。從
3#
金相組織檢查結(jié)果，1#螺栓的球化體可評為6級，組織為為均勻分布的球狀珠光體+鐵素體； 2#和3#螺栓的顯微組織基本相同，球化體可評為4級，組織為球狀珠光體+點(diǎn)狀珠光體+片狀珠光體+鐵素體。由于2#和3#螺栓有片狀珠光體存在，造成硬度值高于無裂紋的1#螺栓，反映出3件螺栓的球化效果有差異。
依據(jù)《JB/T 5074-2007》標(biāo)準(zhǔn)，對于冷鐓變形量大于80%的中碳合金鋼，其球化率要求為5～6級。對于本例分析的3件螺栓，其頭部冷鐓的變形量均大于80%，故其球化率要求需在5級以上。通過對螺栓金相分析結(jié)果來看，有裂紋存在的2#和3#螺栓的球化率只有4級，硬度值稍高，滿足不了螺栓冷鐓變形的要求，冷鐓變形開裂。而未發(fā)現(xiàn)裂紋的1#螺栓的球化率為6級，硬度值適中符合要求，冷鐓變形沒有開裂。
由于螺栓頭部冷鐓變形量大，螺栓冷鐓前的球化率不夠，滿足不了螺栓冷鐓變形的要求，造成螺栓冷鐓時頭部冷鐓開裂。
16.5.3 結(jié)論與啟示
（1） 螺栓頭部裂紋是由于原材料球化率不夠引起的冷鐓開裂。
（2） 對頭部冷鐓變形量大的螺栓，原材料的球化率要滿足工藝要求。
（2） 冷鐓變形量大的螺栓對原材料要提出硬度和球化率的要求；其退火工藝要保證得到滿足工藝要求的硬度和球化率。
