我公司生產(chǎn)的某整流罩裝配型架在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)拉緊器螺桿與螺套咬死問題。螺桿材料為規(guī)格φ45mm×220mm的40Cr鋼，螺套材料為規(guī)格φ35mm×300mm的45鋼，二者均進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，螺桿硬度要求28~32HRC，螺套硬度要求24~28HRC。為分析螺套、螺桿卡滯失效原因，預(yù)防同類故障再次發(fā)生，對失效的螺套、螺桿進(jìn)行了宏觀微觀特征、金相組織、硬度及化學(xué)成分分析，判定卡滯原因。
一、宏觀分析
卡滯部位螺紋副被剖開，螺套、螺桿螺紋宏觀形貌如圖1所示，目視可見螺套螺紋由內(nèi)端面計(jì)第1~4道螺紋存在明顯的變形及損傷痕跡，呈擠壓、磨損形貌，與螺套匹配的螺桿螺紋也有4道存在明顯的變形及損傷痕跡。
螺桿、螺套螺紋損傷區(qū)域放大宏觀形貌如圖2所示，其中螺套、螺桿螺紋損傷最嚴(yán)重部位可見物質(zhì)轉(zhuǎn)移、堆積現(xiàn)象。
此外，螺套所有螺紋表面均存在明顯的銹蝕痕跡，螺桿螺紋有兩段區(qū)域（包括損傷部位、長度與螺套螺紋總長度相當(dāng)）表面存在明顯的銹蝕痕跡，該兩處銹蝕區(qū)域應(yīng)是螺套、螺桿在配合狀態(tài)下停留較長時(shí)間所形成。
二、微觀分析
掃描電鏡下觀察，螺紋損傷部位呈擠壓、磨損形貌，可見物質(zhì)轉(zhuǎn)移、堆積，損傷表面未見嵌入的外來多余物，螺桿、螺栓損傷區(qū)域微觀形貌分別如圖3、圖4所示。
圖3 螺桿損傷區(qū)域微觀形貌
圖4 螺套損傷區(qū)域微觀形貌
損傷表面能譜分析后發(fā)現(xiàn)，主要含有Fe及少量Cr、Mn元素，未見其他異常元素。螺紋表面銹蝕區(qū)域存在泥紋狀腐蝕產(chǎn)物，能譜分析除基體元素外含有較高的O、Cl元素，螺紋表面微觀形貌如圖5所示。
圖5 螺紋表面腐蝕產(chǎn)物形貌
三、金相及硬度分析
從螺桿螺紋段及螺套非螺紋段分別截取部分試樣進(jìn)行金相分析，二者組織均為淬火+回火組織，其中螺桿組織中可見沿晶界分布的網(wǎng)狀鐵素體，分別如圖6、圖7所示；存在沿晶界分布的網(wǎng)狀鐵素體，可能是淬火溫度低或保溫時(shí)間不足，造成鐵素體未完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，導(dǎo)致淬火后機(jī)體內(nèi)殘留鐵素體。
圖6 螺桿顯微組織形貌 圖7 螺套顯微組織形貌
對金相試樣進(jìn)行顯微硬度測試，硬度低于設(shè)計(jì)要求，測試結(jié)果見表1。表1 顯微硬度測試結(jié)果
表面硬度不足，可能與回火溫度過高，造成馬氏體分解而降低硬度有關(guān)。對螺桿拉環(huán)、螺套端面的中部進(jìn)行了維氏硬度測試，心部硬度明顯低于設(shè)計(jì)要求，測試結(jié)果見表2。
表2 心部硬度測試結(jié)果
心部硬度不足，應(yīng)與冷卻不當(dāng)有直接的關(guān)系，包括淬火前預(yù)冷時(shí)間過長，淬火冷卻介質(zhì)控制不當(dāng)，在介質(zhì)中冷卻時(shí)間過短等。
四、化學(xué)成分分析
零件熱處理后基體硬度不足，除熱處理工藝控制不當(dāng)外，還應(yīng)考慮零件的原材料化學(xué)成分，尤其是碳含量的影響。對失效螺桿、螺套進(jìn)行化學(xué)成分檢測，結(jié)果見表3，分析結(jié)果表明螺桿與螺栓所用材料均與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求相符。表3 螺桿、螺套原材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）
五、結(jié)束語
（1）損傷區(qū)表面、腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果表明所用材料的主成分未見異常，螺桿、螺套原材料化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)均符合GB/T 3077—1999和GB/T 699—1999要求。（2）金相及硬度分析結(jié)果表明螺桿、螺套均為淬火+回火組織，硬度均低于設(shè)計(jì)要求，其中螺桿組織中可見沿晶界分布的網(wǎng)狀鐵素體，螺桿、螺套心部硬度明顯不足，應(yīng)是熱處理工藝控制不當(dāng)所致。（3）螺桿與螺栓發(fā)生卡滯的原因是由于二者匹配螺紋局部區(qū)域發(fā)生粘著磨損所致，發(fā)生粘著磨損的原因應(yīng)與材料硬度偏低及使用過程中匹配螺紋發(fā)生腐蝕等因素有關(guān)。作者：孟慶宇，常森，趙志鵬，楊陽
單位：中山西航天清華裝備有限責(zé)任公司司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志2024年12期46-48頁
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