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緊固件在加工制造過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)不合理，選材、加工工藝、熱處理和表面處理工藝不當(dāng)，都會(huì)造成緊固件的質(zhì)量不好，產(chǎn)生表面或內(nèi)部缺陷。下面分別就緊固件由于成形、熱處理和表面處理工藝不當(dāng)導(dǎo)致的缺陷進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

成形工藝不當(dāng)造成的工藝缺陷種類(lèi)較多，例如，成形工藝不當(dāng)所致粗晶或晶粒不均勻，成形工藝不當(dāng)所致螺紋流線分布不順或穿流，螺紋滾壓工藝不當(dāng)造成缺陷，加工藝不當(dāng)造成的缺陷，成形工藝不當(dāng)導(dǎo)致裂紋。

成形工藝不當(dāng)所致粗晶或晶粒不均勻

緊固件繳制成形頭部時(shí)，頭部變形量大小應(yīng)不在臨界變形區(qū)內(nèi)，如果緊固件繳制成形的變形比不當(dāng)，變形量大小正好在臨界變形區(qū)內(nèi)，經(jīng)熱處理后，頭部變形晶粒就會(huì)長(zhǎng)大由于緊固件桿部未變形，桿部晶粒不長(zhǎng)大，造成頭、桿處晶粒不均勻。導(dǎo)致形成晶粒大不均勻的另外一個(gè)原因是緊固件各處的變形不均勻使得晶粒破碎程度不一致，或合金局部加工硬化所致。

鈦合金組織對(duì)變形程度的影響非常明顯，如鈦合金螺栓墩制頭部后，在頭部和桿部將出現(xiàn)不同的組織特征。下圖給出了BT16鈦合金小扁圓頭螺栓成品件頭部和桿部的組織差異。螺栓頭部顯微組織為雙態(tài)組織，a相呈細(xì)顆粒狀，見(jiàn)下圖b，桿部顯微組織為雙態(tài)組織，α相呈細(xì)針狀。

耐熱鋼和高溫合金對(duì)晶粒不均勻特別敏感，使得螺栓的持久性能和疲勞性能顯著降低，螺栓在裝配或工作應(yīng)力的作用下，裂紋在粗細(xì)晶粒交界處產(chǎn)生并擴(kuò)展。裂紋在螺栓頭桿部粗細(xì)晶粒交界處產(chǎn)生并擴(kuò)展特征見(jiàn)下圖。

成形工藝不當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致粗大晶粒。通常是由于始鍛溫度過(guò)高或變形不足或終鍛溫度過(guò)高或變形量落入臨界變形區(qū)引起的。鋁合金變形過(guò)大形成織構(gòu)或高溫合金變形溫度過(guò)低形成混合變形組織時(shí)也可能引起粗大晶粒。粗大晶粒將降低緊固件的塑性和韌性，也使得疲勞性能顯著降低。

成形工藝不當(dāng)所致流線分布不順或穿流

緊固件制造工藝要求越來(lái)越高，高強(qiáng)度螺栓(釘)已不采用車(chē)削加工，多數(shù)采用冷敏、熱敏成形頭部，以提高螺栓的連接強(qiáng)度。螺紋采用滾壓，并要求螺栓頭部與桿部的金屬流線沿頭部外形連續(xù)分布。只有合格的金屬流線，才能提高緊固件的疲勞強(qiáng)度。

成形工藝不當(dāng)，造成緊固件頭部金屬流線不合格，下圖給出了螺栓頭部金屬流線沒(méi)有沿螺栓頭部外形分布特征。

流線分布不順主要是指流線切斷、回流、渦流等流線紊亂現(xiàn)象，主要是由于鍛造模具設(shè)計(jì)不當(dāng)、鍛造方法選擇不合理或人工操作不當(dāng)而使金屬產(chǎn)生不均勻流動(dòng)等。不合格的金屬流線造成緊固件包括疲勞強(qiáng)度在內(nèi)的多項(xiàng)力學(xué)性能降低。

穿流也是流線分布不當(dāng)?shù)囊环N形式,是由于原先形成一定角度分布的流線匯合在一起形成。它產(chǎn)生的原因是由兩股金屬或一股金屬帶著另一股金屬匯流而成的，但與折疊不同，穿流部分的金屬是一個(gè)整體。

螺紋滾壓工藝不當(dāng)造成的缺陷

緊固件制造工藝要求越來(lái)越高，對(duì)于尺寸較小的螺紋較多的采用搓絲工藝，尺寸較大的螺紋則一般采用滾壓工藝或者直接進(jìn)行滾制成形，特別是對(duì)于表面完整性要求較高的材料，如鈦合金等。已有的研究表明，螺紋滾壓強(qiáng)化是提高螺紋類(lèi)緊固件疲勞壽命最有效的辦法之一。

緊固件搓絲或滾壓經(jīng)常導(dǎo)致的缺陷有：折疊裂紋、根部微裂紋、螺紋內(nèi)部孔洞以及局部破碎。

由于工藝參數(shù)選擇不當(dāng),或材質(zhì)不良,或潤(rùn)滑不當(dāng),在搓絲與滾絲過(guò)程中螺紋表面易產(chǎn)生細(xì)小折疊裂紋。因此,在進(jìn)行螺紋滾壓參數(shù)選擇時(shí),應(yīng)根據(jù)螺紋的絲距、材料、硬度等各種數(shù)據(jù)選定一定的范圍，并通過(guò)試驗(yàn)確定最終的工藝參數(shù)范圍。下圖為某鈦合金螺栓螺紋表面由于工藝不當(dāng)導(dǎo)致的折疊裂紋。

滾壓導(dǎo)致的根部微裂紋一般出現(xiàn)在螺栓頭與螺桿R圓角過(guò)渡處，該處由于R尺寸的影響，對(duì)于滾壓工藝控制和表面質(zhì)量控制帶來(lái)了一定的困難。某BT16鈦合金蝶栓在進(jìn)行裝配過(guò)程中出現(xiàn)低應(yīng)力斷裂。分析發(fā)現(xiàn)，在故障螺栓頭和螺桿R圓角過(guò)渡處，經(jīng)過(guò)滾壓的表面完整性較差，存在大量的周向線狀微裂紋，見(jiàn)下圖。

折疊裂紋一般具有如下的特征：

（1）折疊裂紋在每個(gè)螺紋的位置與形態(tài)大致相同；

（2）折疊裂口處比較圓滑,裂口較寬,兩側(cè)無(wú)冶金缺陷；

（3）折疊裂紋走向與螺紋表面呈一定的夾角，并與流線方向有關(guān)。

搓絲或滾壓導(dǎo)致的螺紋根部裂紋,則主要是由于材料過(guò)硬或過(guò)軟導(dǎo)致選擇的工藝參數(shù)不當(dāng)所致。由于裂紋位于螺紋的根部，應(yīng)力集中嚴(yán)重，很容易導(dǎo)致在使用過(guò)程中微裂紋的擴(kuò)展并最終造成緊固件的早期失效，危害較大。材料過(guò)硬和過(guò)軟容易導(dǎo)致根部微裂紋的原因是：材料過(guò)硬時(shí)，螺紋根部容易產(chǎn)生冷作硬化；材料過(guò)軟一般與組織因素有關(guān)，如表層鐵素體，也容易產(chǎn)生根部微裂紋。

加工工藝不當(dāng)造成的缺陷

自鎖螺母收口尺寸大,在收口應(yīng)力的作用下，收口端處容易產(chǎn)生微裂紋,受裝配或使用應(yīng)力的作用，微裂紋擴(kuò)展成宏觀裂紋,收口端裂紋的產(chǎn)生，可能與收口所致應(yīng)力過(guò)大有關(guān)，也存在由于材質(zhì)局部粗晶或熱處理工藝不當(dāng)導(dǎo)致殘余應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致的收口裂紋。某高溫合金自鎖螺母收口端裂紋見(jiàn)下圖。

自鎖螺母收口處出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象較為常見(jiàn)，除收口所致應(yīng)力較大外，很多情況下上材料的塑性不良有關(guān)，這是由于收口裂紋實(shí)質(zhì)上是收口的塑性變形量超過(guò)了材料所自受的變形能力。如某型高溫合金自鎖螺母收口處多次出現(xiàn)裂紋，其原因是收口在時(shí)效強(qiáng)化后進(jìn)行，此時(shí)由于時(shí)效強(qiáng)化導(dǎo)致材料強(qiáng)度高而塑性低產(chǎn)生開(kāi)裂。后改為先收口后進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，這一裂紋現(xiàn)象得以解決。

成形工藝不當(dāng)導(dǎo)致裂紋或過(guò)燒缺陷

螺栓(釘)、螺母等緊固件采用鍛造或熱時(shí)，如果墩鍛溫度不當(dāng)，如墩鍛加熱溫度低，容易產(chǎn)生裂紋，鍛造溫度高容易產(chǎn)生過(guò)燒。當(dāng)鍛造溫度較低時(shí)，裂紋一般出現(xiàn)在變形量大或者應(yīng)力最大厚度最薄的地方。這主要是由于這類(lèi)裂紋通常是由于墩鍛時(shí)形成的較大拉應(yīng)力、切應(yīng)力或附加拉應(yīng)力引起的。冷鎖變形量過(guò)大也將產(chǎn)生裂紋。例如，30CrMnSiA十字槽扁圓頭螺釘在裝配過(guò)程中螺釘從頭部斷裂，見(jiàn)下圖，失效分析結(jié)果表明，螺釘冷墩十字槽偏深導(dǎo)致在十字槽根部產(chǎn)生微裂紋并且對(duì)螺釘?shù)膹?qiáng)度有一定影響是螺釘?shù)纛^的根部因。

鍛造工藝不當(dāng)或毛坯表面存在未清理干凈的氧化皮也同樣會(huì)導(dǎo)致折疊裂紋。這類(lèi)折疊裂紋當(dāng)經(jīng)過(guò)高溫后，對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)，一般裂紋兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)脫碳的現(xiàn)象，而對(duì)于鈦合金來(lái)說(shuō)則會(huì)出現(xiàn)富氧a層。圖5-21給出了30CrMnSi螺栓頭熱鍛成形導(dǎo)致的折疊裂紋及裂紋兩側(cè)的脫碳形貌。

墩鍛加熱溫度過(guò)高,局部易產(chǎn)生過(guò)熱，過(guò)熱時(shí)會(huì)導(dǎo)致材料晶粒粗大，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生過(guò)亮。過(guò)熱是指金屬材料由于加熱溫度過(guò)高，或在規(guī)定的鍛造與熱處理溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或由于熱效應(yīng)使溫度過(guò)高引起的晶粒粗大現(xiàn)象。過(guò)燒是指加熱溫度過(guò)高或在高溫加熱區(qū)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致材料內(nèi)部低熔點(diǎn)物質(zhì)熔化，或環(huán)境中的氧化性氣體滲透到晶界，形成易熔的氧化物共晶體。過(guò)燒時(shí)局部晶界燒熔，并沿晶界出現(xiàn)小孔洞。過(guò)熱和過(guò)燒沒(méi)有溫度界限，一般以晶粒出現(xiàn)氧化或低熔點(diǎn)相和熔化為特征來(lái)判斷過(guò)燒。不管是過(guò)熱還是過(guò)燒，都使得緊固件產(chǎn)品性能降低，在使用中容易出現(xiàn)早期失效。一般情況下，緊固件材料過(guò)熱可通過(guò)熱處理進(jìn)行性能的組織的恢復(fù)，而過(guò)燒則只能報(bào)廢。圖5-22給出了高溫合金由于過(guò)燒導(dǎo)致的低熔點(diǎn)共晶相的回熔特征。

對(duì)鈦合金而言，鍛造溫度高時(shí)也容易出現(xiàn)組織不均勻甚至粗大的魏氏體組織和熱剪切現(xiàn)象，這是與鈦合金的導(dǎo)熱率較其他合金低很多有關(guān)。