齊延生，泮戰(zhàn)俠，白培謙，胡曉峰

（陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200）

十字槽盤(pán)頭螺釘早期失效分析及改進(jìn)

齊延生，泮戰(zhàn)俠，白培謙，胡曉峰

（陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200）

通過(guò)對(duì)十字槽盤(pán)頭螺釘宏觀檢查、化學(xué)成分分析、硬度測(cè)試等物理金相性能分析，確定了其早期失效的主要原因是由于設(shè)計(jì)技術(shù)要求不能滿足使用要求，導(dǎo)致螺釘發(fā)生批量性滑扣現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)十字槽盤(pán)頭螺釘表面滲碳淬火處理，并嚴(yán)格控制熱處理工藝，確保熱處理質(zhì)量，效果良好。

螺釘；早期失效；滲碳淬火

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-87-02

引言

某重型卡車后上車扶手固定用十字槽盤(pán)頭螺釘在試裝過(guò)程中出現(xiàn)批量性嚴(yán)重滑扣現(xiàn)象。后上車扶手在車上的固定方式為通過(guò)螺釘與車身內(nèi)側(cè)板凸焊螺母相連接，十字槽盤(pán)頭螺釘所起作用一方面是緊固連接相關(guān)零部件，另一方面是對(duì)凸焊螺母焊接后進(jìn)行調(diào)型及清除焊渣。為了查明該批十字槽盤(pán)頭螺釘滑扣原因，筆者對(duì)滑扣的失效件進(jìn)行了檢查和分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀檢查

送檢的兩件十字槽盤(pán)頭螺釘分別來(lái)源于兩個(gè)不同批次。1#螺釘滑扣長(zhǎng)度約為12mm，起始于割尾錐端約6mm處，見(jiàn)圖 1所示；2#螺釘滑扣長(zhǎng)度約為 3mm，起始于割尾錐端約6mm處，見(jiàn)圖2所示。

1.2 硬度測(cè)試

在失效的兩件十字槽盤(pán)頭螺釘上取樣，測(cè)試其硬度，檢驗(yàn)采用 MH-6顯微維氏硬度計(jì)，依據(jù) GB/T4340.1-2009《金屬維氏硬度試驗(yàn) 第一部分：試驗(yàn)方法》進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 1。1#十字槽盤(pán)頭螺釘基體硬度與螺紋牙尖處硬度差異較大，螺紋牙尖處硬度較低。2#十字槽盤(pán)頭螺釘基體硬度與螺紋牙尖處硬度相同。

圖1 1#螺釘外觀形貌

圖2 2#螺釘外觀形貌

表1 零件硬度

1.3 化學(xué)成分（%）

在失效的兩件十字槽盤(pán)頭螺釘上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢驗(yàn)采用金屬材料元素分析儀（直讀光譜儀），依據(jù)GB/T4336-2002《碳素鋼和中碳合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法》進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果符合10B21鋼成分的技術(shù)要求，見(jiàn)表2。

表2 零件的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

1.4 金相檢查

在失效的十字槽盤(pán)頭螺釘縱截面上進(jìn)行金相檢查，檢驗(yàn)采用GX51金相顯微鏡，依據(jù)GB/T13298-91《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢驗(yàn)，1#螺釘橫截面基體組織為回火索氏體+鐵素體，螺紋部分整個(gè)牙型完全脫碳，脫碳層深度平均為1.55mm，見(jiàn)圖3、4所示。2#螺釘橫截面基體組織為回火索氏體，螺紋部分未見(jiàn)異常，見(jiàn)圖5、6所示。

圖3 1#螺釘基體組織 500X

圖4 1#螺紋部分組織 50X

圖5 2#螺釘基體組織 500X

圖6 2#螺紋部分組織 50X

2 綜合分析

理化檢查結(jié)果表明，失效的1#十字槽盤(pán)頭螺釘硬度、化學(xué)成分符合技術(shù)要求，螺紋部分整個(gè)牙型完全脫碳；失效的2#十字槽盤(pán)頭螺釘硬度、化學(xué)成分、金相組織均符合技術(shù)要求，螺紋部分未見(jiàn)異常；因此脫碳不是引起十字槽盤(pán)頭螺釘失效的主要原因。

進(jìn)一步分析十字槽盤(pán)頭螺釘?shù)挠猛荆浑y發(fā)現(xiàn)此螺釘實(shí)際服役過(guò)程中需起到調(diào)型、清理焊渣及連接三重作用。調(diào)型，是指調(diào)節(jié)相配合連接部分焊接螺母受熱后發(fā)生的變形；清理焊渣，是指焊接螺母焊接過(guò)程中焊接飛濺產(chǎn)生的焊渣，粘結(jié)在螺紋內(nèi)壁上，隨著十字槽盤(pán)頭螺釘?shù)男?，焊接螺母?nèi)壁上的殘留焊渣被及時(shí)清理出來(lái)；連接，是指上車扶手與車門內(nèi)側(cè)板凸焊螺母相連接。從十字槽盤(pán)頭螺釘實(shí)際的服役過(guò)程分析可見(jiàn)，其表面要硬，心部要有一定的韌性，因此引起十字槽盤(pán)頭螺釘失效的原因主要是：十字槽盤(pán)頭螺釘技術(shù)要求的硬度不能滿足使用要求，導(dǎo)致螺釘發(fā)生批量性失效現(xiàn)象。顯然，十字槽盤(pán)頭螺釘要保證滿足使用的力學(xué)性能要求，表面需進(jìn)行硬化處理，通常進(jìn)行淺層滲碳或碳氮共滲，然后直接淬火并低溫回火，使表面具有較高的硬度，心部又有足夠的強(qiáng)韌性，以保證十字槽盤(pán)頭螺釘在旋合進(jìn)入凸焊螺母時(shí)，小微調(diào)整凸焊后的螺母焊接變形，并將影響旋合的內(nèi)螺紋焊渣剝離、碾出，從而實(shí)現(xiàn)后上車扶手與車身內(nèi)側(cè)板的有效連接。

3 改進(jìn)及效果驗(yàn)證

根據(jù)以上綜合分析結(jié)果，與十字槽盤(pán)頭螺釘生產(chǎn)單位溝通，嚴(yán)格控制熱處理工藝，確保熱處理質(zhì)量，避免螺紋部分脫碳；同時(shí)對(duì)十字槽盤(pán)頭螺釘表面處理方式及硬度要求進(jìn)行了優(yōu)化，具體為：

1）對(duì)十字槽盤(pán)頭螺釘表面進(jìn)行滲碳處理，滲碳層深度為0.10～0.23；

3）對(duì)十字槽盤(pán)頭螺釘熱處理后表面滲碳層硬度為≥450HV0.3；

2）對(duì)十字槽盤(pán)頭螺釘熱處理后芯部硬度為 270～390 HV10。

對(duì)優(yōu)化后的十字槽盤(pán)頭螺釘經(jīng)過(guò)半年的裝配現(xiàn)場(chǎng)及市場(chǎng)的跟蹤回訪，未發(fā)生類似問(wèn)題，改進(jìn)效果良好。

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The Early Failure Analysis and the Improvement of the cross-recess screw

Qi Yansheng, Pan Zhanxia, Bai Peiqian, Hu Xiaofeng
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd. Quality Management Department, Shaanxi Xi’an 710200 )

The paper showed that the design technical requirements can't meet operating requirement, which is the main reason of the cross-recess screw early failure. It causes the thread slipping. The improvement measures of the carburization quench on the Surface of the cross-recess screw and the effect is good.

screw; Early Failure; Carburization Quench

U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)20-87-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.030

齊延生（1974-），工程師，就職于陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部 。主要從事汽車零部件及總成質(zhì)量管控工作。