我公司生產的某整流罩裝配型架在試驗過程中出現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，二者均進行調質處理，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，預防同類故障再次發(fā)生，對失效的螺套、螺桿進行了宏觀微觀特征、金相組織、硬度及化學成分分析，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端面計第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、螺桿螺紋損傷最嚴重部位可見物質轉移、堆積現象。
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）表面存在明顯的銹蝕痕跡，該兩處銹蝕區(qū)域應是螺套、螺桿在配合狀態(tài)下停留較長時間所形成。
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，可見物質轉移、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，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狀鐵素體，分別如圖6、圖7所示；存在沿晶界分布的網狀鐵素體，可能是淬火溫度低或保溫時間不足，造成鐵素體未完全轉變?yōu)閵W氏體，導致淬火后機體內殘留鐵素體。
圖6 螺桿顯微組織形貌 圖7 螺套顯微組織形貌
對金相試樣進行顯微硬度測試，硬度低于設計要求，測試結果見表1。表1 顯微硬度測試結果
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。對螺桿拉環(huán)、螺套端面的中部進行了維氏硬度測試，心部硬度明顯低于設計要求，測試結果見表2。
表2 心部硬度測試結果
心部硬度不足，應與冷卻不當有直接的關系，包括淬火前預冷時間過長，淬火冷卻介質控制不當，在介質中冷卻時間過短等。
四、化學成分分析
零件熱處理后基體硬度不足，除熱處理工藝控制不當外，還應考慮零件的原材料化學成分，尤其是碳含量的影響。對失效螺桿、螺套進行化學成分檢測，結果見表3，分析結果表明螺桿與螺栓所用材料均與設計標準要求相符。表3 螺桿、螺套原材料化學成分（質量分數） （%）
五、結束語
（1）損傷區(qū)表面、腐蝕產物能譜分析結果表明所用材料的主成分未見異常，螺桿、螺套原材料化學成分復驗均符合GB/T 3077—1999和GB/T 699—1999要求。（2）金相及硬度分析結果表明螺桿、螺套均為淬火+回火組織，硬度均低于設計要求，其中螺桿組織中可見沿晶界分布的網狀鐵素體，螺桿、螺套心部硬度明顯不足，應是熱處理工藝控制不當所致。（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。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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