目前，在汽车装置生产过程中，可将扭矩作为中间量来评价螺栓联接的装置质量，比如扭矩掌握法通过掌握螺栓的终极扭矩来得到螺栓所须要的轴向预紧力，当拧紧扭矩达到设定的目标扭矩时立即停滞拧紧，从而结束扭矩掌握。在发动机装置工艺过程中，螺栓联接已经成为最常用的紧固和联接办法，而拧紧工艺过程是个中的主要环节，通过优化设计对拧紧过程监控策略，进行有效的系统性预防，降落拧紧过程的质量风险，从而提高装置事情效率。
汽车螺栓的失落效案例频发，失落效缘故原由多样，例如在利用过程中因螺栓松动而发生多源疲倦断裂；因加工过程产生的微裂纹导致氢致延迟断裂；表面增碳导致延迟开裂；淬火裂纹在装置时扩展而断裂。某供应商生产的一批用于固定发动机喷油嘴的圆柱头内六角螺栓在装置时多次发生开裂。本文利用金属材料学的基本事理来研究剖析螺栓断裂的根本缘故原由，防止失落效问题再次发生。
1. 问题描述
某型号汽车发动机喷油嘴利用46S20钢制圆柱头内六角螺栓进行装置固定，装置工人利用精确的扭矩进行作业时，某批次螺栓多次发生贯穿式的纵向开裂，螺栓的圆柱头与螺纹段均从外向里断裂至中央孔，如图1所示。事后调查，电子程序监控结果显示利用的扭矩符合哀求，根据追溯性文件创造断裂的螺栓全部来自某供应商生产的同一批次。
（a） （b）
图1 螺栓断裂描述特色
2. 试验方法
利用Spectro MaXx型直读光谱仪进行化学身分剖析；从中央孔将一个螺栓切开，断裂面自然打开，利用Keyence VHX-1000型超景深三维光学显微镜不雅观察断口描述特色；在另一个螺栓圆柱头位置切取横截面的金相试样，磨抛处理后经4%硝酸酒精堕落，利用Zeiss Axio Imager M2m型显微镜进行不雅观察剖析。
3. 结果与剖析
（1）化学身分
对断裂的喷油嘴螺栓进行取样，经直读光谱仪进行化学身分剖析，结果如表1所示，显示螺栓的化学身分均符合易切削钢46S20的规范哀求（EN 10277-3：2008）。46S20属硫系易切削钢牌号，适用于制造对力学性能哀求不高的各种零件，如螺栓、螺母等。
表1 螺栓的化学身分（质量分数） （%）
（2）断口不雅观察
从随机挑选的断裂螺栓中央孔将其切开，断裂面自然打开，如图2所示。圆柱头圆周面向内很大深度范围内（蓝色双箭头所示）断裂面较为平整，表面呈现出明暗相间的花纹，蓝色方框放大后创造其具有高温氧化的迹象（见图3）；新鲜断裂面如图2黄色双箭头区域所示，该段属于装置工序产生的裂纹，线性起源于高温氧化区域的末端，向中央孔的方向扩展。断裂面具有明显的宏不雅观台阶状特色，无塑性变形。
图2 断口的体视学描述
图3 断裂面上的高温氧化特色
（3）金相组织
沿另一个随机挑选的断裂螺栓圆柱头部制取横截面金相试样，金相不雅观察创造，从外缘向内至约1/2壁厚处，裂痕走向较为平滑，然后转为弯曲（见图4）。低倍下不雅观察，平滑段裂痕两侧具有泛白的特色。高倍下不雅观察，平滑段裂痕附近具有明显的高温脱碳特色，脱碳层深度可达0.15mm，如图5所示；而正常区域组织为珠光体加铁素体，晶粒眇小，如图6所示。
图4 横截口试样的组织特色
图5 裂痕附近高温脱碳特色
图6 正常区域的金相组织
结合金相组织与体视学描述的不雅观察结果，可剖断外圆周面向内平滑段裂痕实在并非真正的裂纹，而是符合热锻成形工艺中产生的高温折叠特色，并伴有一定深度的氧化与脱碳征象。对同批次未经利用的新螺栓进行抽检，螺栓圆柱头部也创造了折叠毛病，如图7所示。试样经侵蚀后创造，折叠附近的微不雅观组织构造具有与折叠大致平行的加工流线特性，具有明显的高温脱碳特色，且存有一处较大的氧化物夹渣，如图8所示。
图7 新螺栓横截口试样的折叠毛病（抛光态）
图8 新螺栓横截口试样的折叠毛病（侵蚀态）
经上述剖析，可断定螺栓在精确装置过程中发生断裂与螺栓圆柱头部外表面的折叠毛病有关。折叠的深度较大，乃至超过1/2壁厚，这显著降落了螺栓可承载应力的有效截面积，而且易引起应力集中。在装置扭矩扳手的旋转浸染下，折叠前端形成较强的拉应力，萌生线性裂纹源，并迅速向中央孔方向扩展，导致低应力脆断。
4. 结语
本文对装置中断裂的汽车喷油嘴螺栓油管做了断口不雅观察、光谱剖析、金相考验等试验，探究了螺栓断裂的产生缘故原由，紧张结论如下。
（1）螺栓的化学身分及金相组织均符合规范哀求。
（2）螺栓圆柱头部外表面存在较深的热加工折叠毛病，是导致螺栓非常断裂的根本缘故原由。
（3）螺栓制造商需合理优化热成形工艺，避免类似折叠毛病的产生，同时加强质量考验，杜绝问题件出厂。
