【微诊断™】螺母紧固件卡死失效分析

摘要：

某公司螺母紧固件发生卡死断裂，对该螺母进行了宏观分析、硬度试验、扫描电镜（SEM）、螺纹间距测试、化学分析等。

结果表明：由于螺母安装不良丝牙错位，导致丝牙发生相互刮伤；丝牙表面形态易被破坏；最终部分丝牙表面金属刮伤掉落，丝牙变形，发生卡死失效。

螺母紧固件是被广泛使用的紧固件之一，它具有较强的通用性，互换性。然而，由于螺纹紧固件品种繁多，使用环境及产品要求相差甚远，所受载荷复杂，导致紧固件失效。所以实际选择过程中应当慎重。

收到某样品为螺母紧固件，螺母拧上去之后卡死，样品照片见图1所示。同时客户分别将国产螺母、进口螺母以及失效螺母委托我司对该样品进行对比分析。该材料牌号为45#钢。

图1

微谱实验方法及结果

宏观分析

微诊断™微谱失效分析平台技术专家将失效螺母和螺栓纵截面剖开，表面抛光，肉眼可见螺栓与螺母已卡死，见图2所示。

图2

采用体式显微镜对样品截面位置进行放大观察，检测结果见图3~图6所示。

由图3~图6可知：螺栓和螺母丝牙表面均出现划伤，丝牙外形不完整，破坏较严重。部分金属划伤掉落，卡在螺栓丝牙部（如图5黄色虚线框所圈）。其中图7~图8为国产螺母、进口螺母间距测试示意图。

螺纹间距检测

随后，技术专家分别对失效螺母、国产螺母、进口螺母取样，并对样品进行螺纹间距检测，检测结果见表1所示。

表1螺纹间距检测结果

检测结果表明：失效螺母丝牙受到损伤，测量结果存在误差，失效螺母、国产螺母及进口螺母螺纹间距无明显差异，失效螺母螺纹间距较为其他两个螺母螺纹间距较窄。

失效螺母、国产螺母显微硬度检测

依据国标GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第 1 部分：试验方法》，分别对失效螺母、国产新螺母、进口螺母取样，并对样品丝牙表面进行维氏硬度测试，检测结果见表2所示。

表2维氏硬度检测结果

检测结果表明：失效螺母丝牙部位硬度平均值为318HV，国产螺母丝牙部位硬度平均值为322HV，进口螺母丝牙部位硬度平均值为320HV，失效螺母与其他两种新螺母丝牙部位硬度无明显差异。

扫描电镜(SEM)分析

采用扫描电镜对生锈卡死螺栓和螺母丝牙表面进行形貌观察和EDS成分分析，检测结果见图9～图12所示。

SEM检测结果表明：生锈卡死螺母丝牙表面均可见梨沟状擦伤痕迹和微裂纹、氧化生锈痕迹及显微孔洞。微裂纹主要由于丝牙表面金属刮伤、挤压形成。

化学成分分析

技术专家们采用直读光谱仪，按照检测标准GB/T4336-2016（含标准第一号修改单）分别对失效螺母、国产新螺母、进口螺母三者进行化学成分分析，检测结果见表3所示。

表3化学成分检测结果

检测结果表明：失效螺母与国产螺母和进口螺母化学成分对比可知，进口螺母Cr元素、Ni元素、C元素含量低于国产螺母和失效螺母，其他元素含量基本相同。

分析与讨论

宏观观察结果发现失效螺栓和螺母丝牙表面均出现划伤，丝牙外形不完整，破坏较严重。部分金属划伤掉落，卡在螺栓丝牙部。经过SEM观察发现，失效螺母丝牙表面可见梨沟状擦伤痕迹、微裂纹及显微孔洞。

尺寸检测数据表明失效螺母丝牙间距较国产螺母和进口螺母较窄，与其他两个新螺母外观尺寸无明显差异。经过化学成分分析，失效螺母、国产螺母与进口螺母化学成分对比可知，进口螺母Cr元素、Ni元素、C元素含量低于国产螺母和失效螺母。其失效螺母与其他两种螺母丝牙部位硬度无明显差异。

结论

综上分析，该失效螺母由于安装不良丝牙错位，导致丝牙发生相互刮伤，丝牙表面形态被破坏，最终部分丝牙表面金属刮伤掉落，丝牙变形，发生卡死失效。

微谱已积累多年的失效分析技术经验，并通过微观成分分析、材料表征、性能测试、缺陷定位、可靠性验证等手段，建立了为材料、电子元器件及模组、PCB/PCBA、系统及总成等领域提供综合解决方案的微诊断™微谱失效分析平台。同时建立了完善的谱图数据库，可为产品在研发生产、储存运输、终端使用过程中发生的失效提供专业性解决方案，如有相关需求，欢迎详询！

参考文献:

[1] GB/T 4336-2016碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)

[2] GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第 1 部分：试验方法》

[3] GB/T 3098.2-2015 紧固件机械性能螺母

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