Распространенные дефекты в сырье для крепежа

Дефекты поверхностных трещин в сырьевых материалах

На поверхности сырья присутствуют трещины. Если эти трещины не удалить во время обработки крепежа или позволить им расшириться в процессе формовки, они могут привести к образованию трещин на поверхности крепежа. Это показано на рисунке ниже:

1. Продольная трещина в брусе

Из-за неправильного процесса прокатки на сталелитейном заводе на поверхности прутка из крепежного сырья появляются продольные трещины, идущие вдоль направления прокатки. Эти трещины, как правило, линейны и соответствуют основному направлению деформации при прокатке.

Существует множество причин появления продольных трещин в сырьевых материалах. Например, дефекты типа царапин на поверхности прокатанной заготовки могут вызвать трещины вдоль царапин во время охлаждения из-за концентрации напряжений. Аналогично, внутренние дефекты сырья могут деформироваться вдоль направления прокатки и поверхности на прутках, в конечном итоге растрескиваясь под действием напряжения.

На рисунке ниже показана морфология продольных трещин на поверхности исходного материала прутка из суперсплава.

2. Поперечная трещина в брусе

Крепежные изделия изготавливаются из прутков в качестве сырья. Однако из-за неправильного процесса резки головки на сталелитейном заводе или неправильных параметров процесса экструзии на поверхности головки прутка могут появиться поперечные трещины. На рисунке ниже показаны поперечные эквилины, имеющиеся на поверхности исходного материала прутка из суперсплава.

Важно отметить, что поперечные поверхностные трещины более опасны, чем продольные.

3. Внутренняя трещина

Внутренние трещины в сырьевых материалах - распространенный дефект. Как правило, эти трещины имеют зигзагообразную форму с тонким хвостом и локальными раздвоениями.

Если есть обезуглероживание с обеих сторон трещины, а также оксидный слой внутри трещины, указывает на то, что трещина существовала до процесса термообработки.

На рисунке ниже показан металлографический вид поперечного и продольного сечений внутренней трещины в сырьевом материале болта.

Внутренние трещины часто связаны с дефектами материала, включая рыхлость и включения. Это особенно актуально при экструзии прутков, когда деформация центральной линии теоретически равна нулю.

В этом процессе любые ранее существовавшие дефекты в материале деформируются неравномерно из-за большего напряжения экструзии на внешней поверхности по сравнению с центральной, что приводит к образованию дополнительных трещин.

Фальцовка поверхности сырья

Неправильные производственные процессы на сталелитейных заводах могут привести к образованию складок и даже трещин на поверхности прутков из сплава, используемого для изготовления крепежа.

Неточные размеры канавок на валках или заусенцы, образующиеся на изнашиваемой поверхности канавок в процессе прокатки металлических заготовок, являются основными причинами образования складок в крепеже. Это приводит к образованию складок под определенным углом к поверхности материала.

На рисунке ниже показаны складчатые трещины на поверхности сырья для ядерного крепежа.

Декарбонизация поверхности сырья

Сайт обезуглероживание присутствующий на поверхности сырьевых материалов, в основном вызван неправильным отжигом при волочении на сталелитейном заводе. Этот слой обезуглероживания распределен по поверхности крепежных материалов, в то время как на обработанных торцах обезуглероживания не обнаружено ни с одной стороны.

В процессе эксплуатации обезуглероживание может значительно снизить общую прочность крепежа. Более того, обезуглероженный слой на поверхности имеет низкую прочность, что делает его восприимчивым к поверхностным трещинам и раннему разрушению крепежа. Такое снижение прочности особенно ярко выражено в резьбе, что повышает вероятность потери зубьев, срыва и других отказов.

Структура обезуглероживания, присутствующая на поверхности винта, показана на рисунке ниже.

Крупнокристаллическое кольцо на поверхности сырья

Распространенный дефект, возникающий на экструдированных прутках из алюминиевого сплава, магниевый сплав, и стали является появление крупных кристаллических колец на поверхности сырья. Толщина этих колец обычно постепенно увеличивается от начала до конца процесса экструзии.

Однако наличие крупных кристаллических колец может быть уменьшено или даже предотвращено после термообработки, если условия смазки во время экструзии хорошие.

Когда на поверхности крепежа появляются крупные кристаллические кольца, образовавшиеся в результате использования сырья, это может значительно снизить эксплуатационные характеристики крепежа. Особенно это касается границы раздела между крупными и мелкими кристаллическими кольцами, которые имеют разную прочность, что приводит к несовместимым деформациям и трещинам.

На изображении ниже показан пример крупнокристаллического кольца на поверхности стержня болта. Как видно, между крупнокристаллическим кольцом и нормальным участком ткани имеется граница раздела, которая сильно подвержена растрескиванию.

Если на поверхности сырья присутствуют крупные зерна, холодная экструзия или формование с помощью прошивки могут привести к плохому качеству. шероховатость поверхности крепежа, в тяжелых случаях проявляя свойства апельсиновой корки. Это особенно заметно на крепежных элементах из низкопрочных материалов, таких как алюминиевые или магниевые сплавы.

Апельсиновая корка - это сеть микротрещин на поверхности вдоль границы зерен, которые в процессе эксплуатации могут расширяться и превращаться в макротрещины.

Неправильная деформация сырья при холодной вытяжке является основной причиной образования крупнокристаллических колец. Например, в случае холоднотянутых прутков из высокотемпературных сплавов, если деформация последней холодной вытяжки перед получением готового изделия не контролируется должным образом, поверхность материала может попасть в критическую зону деформации, что приведет к росту зерен в этой зоне и образованию крупнокристаллических колец после термической обработки раствором.

Остаточная усадочная полость сырья

Остаточная усадочная полость в сырьевых материалах возникает в основном из-за неполного удаления крышки слитка на сталелитейном заводе. Эта крышка остается в сырье во время раскрытия и прокатки.

В местах, где остаточные усадочные полости плотные, обычно возникают другие дефекты, такие как включения, пористость и сегрегация.

Сырьевые материалы с остаточными усадочными полостями, после деформации или обработки крепежа, приведут к появлению сквозных отверстий и неравномерных внутренних трещин в центре крепежа.

Распространение трещин легко приводит к разрушению крепежа. TB3 титановый сплав Винты неоднократно ломались во время сборки.

Анализ показывает, что разрушение винта вызвано неполным удалением остаточной усадочной полости в исходном материале, который не был сварен в процессе ковки.

В результате многократной деформации поковки дефект растрескивается по границе исходного зерна β. Когда винт подвергается осевому напряжению при сборке, происходит разрушение.

Морфология разрушения сломанного винта показана на рисунке (a) ниже, в центре хорошо видна усадочная полость.

Характеристики свободной поверхности увеличенной усадочной полости показаны на рисунке (b) ниже.

Включение дефектов сырья

Примеси в сырье в основном образуются из различных источников, включая материалы, используемые в процессе плавки, загрязняющие вещества в атмосфере, а также стенки печи или тигля во время плавки. Кроме того, примеси могут появляться в слитках сплавов или эталонных сплавах, а также во время процесс литья частей.

Если в процессе формовки включения скапливаются или выстраиваются в цепочку вдоль направления деформации, они могут легко привести к растрескиванию крепежа в процессе обработки и эксплуатации.

На рисунке ниже изображена продольная трещина в гайке из сверхпрочного сплава GH2036, образовавшаяся из-за включений после обработки.

При наблюдении за трещиной на изломе были обнаружены многочисленные частицы включений, как показано на рисунке ниже.