十字槽盘头螺钉早期失效分析及改进

齐延生，泮战侠，白培谦，胡晓峰

（陕西重型汽车有限公司质量管理部，陕西 西安 710200）

十字槽盘头螺钉早期失效分析及改进

齐延生，泮战侠，白培谦，胡晓峰

（陕西重型汽车有限公司质量管理部，陕西 西安 710200）

通过对十字槽盘头螺钉宏观检查、化学成分分析、硬度测试等物理金相性能分析，确定了其早期失效的主要原因是由于设计技术要求不能满足使用要求，导致螺钉发生批量性滑扣现象，通过对十字槽盘头螺钉表面渗碳淬火处理，并严格控制热处理工艺，确保热处理质量，效果良好。

螺钉；早期失效；渗碳淬火

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-87-02

引言

某重型卡车后上车扶手固定用十字槽盘头螺钉在试装过程中出现批量性严重滑扣现象。后上车扶手在车上的固定方式为通过螺钉与车身内侧板凸焊螺母相连接，十字槽盘头螺钉所起作用一方面是紧固连接相关零部件，另一方面是对凸焊螺母焊接后进行调型及清除焊渣。为了查明该批十字槽盘头螺钉滑扣原因，笔者对滑扣的失效件进行了检查和分析。

1 理化检验

1.1 宏观检查

送检的两件十字槽盘头螺钉分别来源于两个不同批次。1#螺钉滑扣长度约为12mm，起始于割尾锥端约6mm处，见图 1所示；2#螺钉滑扣长度约为 3mm，起始于割尾锥端约6mm处，见图2所示。

1.2 硬度测试

在失效的两件十字槽盘头螺钉上取样，测试其硬度，检验采用 MH-6显微维氏硬度计，依据 GB/T4340.1-2009《金属维氏硬度试验 第一部分：试验方法》进行检验，检测结果见表 1。1#十字槽盘头螺钉基体硬度与螺纹牙尖处硬度差异较大，螺纹牙尖处硬度较低。2#十字槽盘头螺钉基体硬度与螺纹牙尖处硬度相同。

图1 1#螺钉外观形貌

图2 2#螺钉外观形貌

表1 零件硬度

1.3 化学成分（%）

在失效的两件十字槽盘头螺钉上取样进行化学成分分析，检验采用金属材料元素分析仪（直读光谱仪），依据GB/T4336-2002《碳素钢和中碳合金钢火花源原子发射光谱分析方法》进行检验，结果符合10B21钢成分的技术要求，见表2。

表2 零件的化学成分（质量分数）

1.4 金相检查

在失效的十字槽盘头螺钉纵截面上进行金相检查，检验采用GX51金相显微镜，依据GB/T13298-91《金属显微组织检验方法》进行检验，1#螺钉横截面基体组织为回火索氏体+铁素体，螺纹部分整个牙型完全脱碳，脱碳层深度平均为1.55mm，见图3、4所示。2#螺钉横截面基体组织为回火索氏体，螺纹部分未见异常，见图5、6所示。

图3 1#螺钉基体组织 500X

图4 1#螺纹部分组织 50X

图5 2#螺钉基体组织 500X

图6 2#螺纹部分组织 50X

2 综合分析

理化检查结果表明，失效的1#十字槽盘头螺钉硬度、化学成分符合技术要求，螺纹部分整个牙型完全脱碳；失效的2#十字槽盘头螺钉硬度、化学成分、金相组织均符合技术要求，螺纹部分未见异常；因此脱碳不是引起十字槽盘头螺钉失效的主要原因。

进一步分析十字槽盘头螺钉的用途，不难发现此螺钉实际服役过程中需起到调型、清理焊渣及连接三重作用。调型，是指调节相配合连接部分焊接螺母受热后发生的变形；清理焊渣，是指焊接螺母焊接过程中焊接飞溅产生的焊渣，粘结在螺纹内壁上，随着十字槽盘头螺钉的旋合，焊接螺母内壁上的残留焊渣被及时清理出来；连接，是指上车扶手与车门内侧板凸焊螺母相连接。从十字槽盘头螺钉实际的服役过程分析可见，其表面要硬，心部要有一定的韧性，因此引起十字槽盘头螺钉失效的原因主要是：十字槽盘头螺钉技术要求的硬度不能满足使用要求，导致螺钉发生批量性失效现象。显然，十字槽盘头螺钉要保证满足使用的力学性能要求，表面需进行硬化处理，通常进行浅层渗碳或碳氮共渗，然后直接淬火并低温回火，使表面具有较高的硬度，心部又有足够的强韧性，以保证十字槽盘头螺钉在旋合进入凸焊螺母时，小微调整凸焊后的螺母焊接变形，并将影响旋合的内螺纹焊渣剥离、碾出，从而实现后上车扶手与车身内侧板的有效连接。

3 改进及效果验证

根据以上综合分析结果，与十字槽盘头螺钉生产单位沟通，严格控制热处理工艺，确保热处理质量，避免螺纹部分脱碳；同时对十字槽盘头螺钉表面处理方式及硬度要求进行了优化，具体为：

1）对十字槽盘头螺钉表面进行渗碳处理，渗碳层深度为0.10～0.23；

3）对十字槽盘头螺钉热处理后表面渗碳层硬度为≥450HV0.3；

2）对十字槽盘头螺钉热处理后芯部硬度为 270～390 HV10。

对优化后的十字槽盘头螺钉经过半年的装配现场及市场的跟踪回访，未发生类似问题，改进效果良好。

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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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)20-87-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.030

齐延生（1974-），工程师，就职于陕西重型汽车有限公司质量管理部 。主要从事汽车零部件及总成质量管控工作。