十字槽盤頭螺釘早期失效分析及改進

齊延生，泮戰俠，白培謙，胡曉峰

（陜西重型汽車有限公司質量管理部，陜西 西安 710200）

十字槽盤頭螺釘早期失效分析及改進

齊延生，泮戰俠，白培謙，胡曉峰

（陜西重型汽車有限公司質量管理部，陜西 西安 710200）

通過對十字槽盤頭螺釘宏觀檢查、化學成分分析、硬度測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計技術要求不能滿足使用要求，導致螺釘發生批量性滑扣現象，通過對十字槽盤頭螺釘表面滲碳淬火處理，并嚴格控制熱處理工藝，確保熱處理質量，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頭螺釘在試裝過程中出現批量性嚴重滑扣現象。后上車扶手在車上的固定方式為通過螺釘與車身內側板凸焊螺母相連接，十字槽盤頭螺釘所起作用一方面是緊固連接相關零部件，另一方面是對凸焊螺母焊接后進行調型及清除焊渣。為了查明該批十字槽盤頭螺釘滑扣原因，筆者對滑扣的失效件進行了檢查和分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀檢查

送檢的兩件十字槽盤頭螺釘分別來源于兩個不同批次。1#螺釘滑扣長度約為12mm，起始于割尾錐端約6mm處，見圖 1所示；2#螺釘滑扣長度約為 3mm，起始于割尾錐端約6mm處，見圖2所示。

1.2 硬度測試

在失效的兩件十字槽盤頭螺釘上取樣，測試其硬度，檢驗采用 MH-6顯微維氏硬度計，依據 GB/T4340.1-2009《金屬維氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》進行檢驗，檢測結果見表 1。1#十字槽盤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 化學成分（%）

在失效的兩件十字槽盤頭螺釘上取樣進行化學成分分析，檢驗采用金屬材料元素分析儀（直讀光譜儀），依據GB/T4336-2002《碳素鋼和中碳合金鋼火花源原子發射光譜分析方法》進行檢驗，結果符合10B21鋼成分的技術要求，見表2。

表2 零件的化學成分（質量分數）

1.4 金相檢查

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

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

進一步分析十字槽盤頭螺釘的用途，不難發現此螺釘實際服役過程中需起到調型、清理焊渣及連接三重作用。調型，是指調節相配合連接部分焊接螺母受熱后發生的變形；清理焊渣，是指焊接螺母焊接過程中焊接飛濺產生的焊渣，粘結在螺紋內壁上，隨著十字槽盤頭螺釘的旋合，焊接螺母內壁上的殘留焊渣被及時清理出來；連接，是指上車扶手與車門內側板凸焊螺母相連接。從十字槽盤頭螺釘實際的服役過程分析可見，其表面要硬，心部要有一定的韌性，因此引起十字槽盤頭螺釘失效的原因主要是：十字槽盤頭螺釘技術要求的硬度不能滿足使用要求，導致螺釘發生批量性失效現象。顯然，十字槽盤頭螺釘要保證滿足使用的力學性能要求，表面需進行硬化處理，通常進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，心部又有足夠的強韌性，以保證十字槽盤頭螺釘在旋合進入凸焊螺母時，小微調整凸焊后的螺母焊接變形，并將影響旋合的內螺紋焊渣剝離、碾出，從而實現后上車扶手與車身內側板的有效連接。

3 改進及效果驗證

根據以上綜合分析結果，與十字槽盤頭螺釘生產單位溝通，嚴格控制熱處理工藝，確保熱處理質量，避免螺紋部分脫碳；同時對十字槽盤頭螺釘表面處理方式及硬度要求進行了優化，具體為：

1）對十字槽盤頭螺釘表面進行滲碳處理，滲碳層深度為0.10～0.23；

3）對十字槽盤頭螺釘熱處理后表面滲碳層硬度為≥450HV0.3；

2）對十字槽盤頭螺釘熱處理后芯部硬度為 270～390 HV10。

對優化后的十字槽盤頭螺釘經過半年的裝配現場及市場的跟蹤回訪，未發生類似問題，改進效果良好。

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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 文獻標識碼：A 文章編號：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量管理部 。主要從事汽車零部件及總成質量管控工作。