螺栓早期失效原因分析与防范
螺栓早期失效原因分析与防范
螺栓连接是机械零部件之间最广泛的联接方式之一，它广泛应用于工程机械、汽车、船舶、航天、化工、水利等各个领域，也是用量最大的标准件。它的失效小则影响机器设备的使用功能，大则造成安全事故。
影响螺栓失效的因素有服役载荷、环境温度、环境介质，以及螺栓的本身质量性能；本文仅就螺栓本身质量造成早期失效的原因进行分析。
一、早期失效原因
造成螺栓早期断裂原因主要有4个，它们往往又纠缠在一起，从而加剧进一步恶化螺栓性能，使得螺栓失效。
1、材料缺陷：
材料表面皮下气孔是钢锭或钢坯的常见缺陷之一，在材料轧制和冷拔过程中表面皮下气孔被拉长，形成了表面微小裂纹（称为发纹），在螺栓制造过程中（冷镦、热处理）发生开裂造成废品，也可能在螺栓服役中发生断裂，造成失效。
皮下气孔低倍 氢致裂纹断口扫描电镜
2、氢致裂纹：
也称延迟断裂，也是造成螺栓失效原因之一，螺栓制造过程中，需要热处理、酸洗和电镀，热处理介质中的氢、酸洗电镀液里的氢，扩散到螺栓金属材料中，富集在材料显微缺陷处，造成了显微缺陷处应力集中，增加材料的脆性，在外部应力作用下螺栓发生断裂。
3、热处理：
热处理不当也是螺栓失效原因之一，淬火过程容易产生微裂纹，微裂纹就成为应力集中点，在高级别的螺栓中，屈强比高，塑性储备不足，微裂纹扩展快，造成了早期失效。
有些企业为了节约成本，省掉了消除应力回火工序，使得螺栓材料残余内应力（冷镦、淬火造成的）过大，往往在使用过程中突然断裂，断在螺栓头与螺杆的连接处。
淬火裂纹 颈部圆角
4、成型缺陷
螺栓成型过程：螺栓头与螺杆连接处（螺颈）圆角成形不良、螺纹根部加工粗糙度精度低存在刀痕等，都会造成应力集中同时也是一个微裂纹，容易导致螺栓早期失效。
二、防范措施
采用连铸连轧生产的盘条，是解决材料表面皮下气孔的基本办法；钢坯剥皮处理也是一个办法，不过加工量大，成本增加较多；真空精炼也是减少钢坯表面皮下气孔的有效办法。
解决氢致裂纹大都采用去氢处理工艺，在真空炉中或热油中加热2小时，让材料中的扩展氢逸出，从而消除氢致裂纹。若是由于热处理介质还原性过强造成氢致裂纹，应将介质成分调整到标准范围内。
热处理是一个特殊过程，其工艺参数如加热温度、冷却速度、淬火温度、介质极其温度、回火温度等均要严格控制，尤其是入油温度和冷却速度更要控制好。如需省略热处理某个过程（例如球化退火、去应力回火等），必须进行工艺验证。
螺颈过渡圆角设计应尽可能大，冷镦模具和滚丝模具尺寸与精度要符合要求，冷镦模具和滚丝模具要定期校验，确保其精度。螺栓生产严格执行首件检验，发现问题及时纠正。
三、螺栓成品检验应注意事项
螺栓成品验收包括组织（金相）性能、尺寸精度、表面质量三项指标，
检验范围能覆盖了材料缺陷、氢致裂纹、热处理和成型缺陷这四个方面；但是它们都是采用抽样检查，只能发现批质量问题，企业应结合以往的经验，针对早期失效的主要原因进行重点检验，加严抽样，发挥失效防范措施的效果（概率），杜绝不合格的螺栓出厂。