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第一篇 紧固件的标准、制造工艺、试验与材料应用3

第一章 紧固件的标准、加工制造与特种工艺3

1.1 概述3

1.2 紧固件的标准体系5

1.2.1 紧固件的标准6

1.2.2 紧固件的标准化6

1.2.3 紧固件标准的分类6

1.2.4 紧固件标准的技术要求7

1.2.5 紧固件标准体系的应用9

1.3 紧固件常用基础技术标准目录9

1.4 紧固件的加工制造10

1.4.1 紧固件的分类、结构特点与工作条件10

1.4.2 紧固件的加工制造11

1.5 紧固件的特种工艺17

1.5.1 特种紧固件的特种工艺18

1.5.2 常用紧固件的特种工艺19

第二章 紧固件的理化检测21

2.1 紧固件的机械性能检测21

2.1.1 特种紧固件的机械性能22

2.1.2 常用紧固件机械性能29

2.1.3 紧固件的硬度与性能31

2.2 紧固件的金相试验检测31

2.2.1 金相试样的加工制备31

2.2.2 特种紧固件的金相检测33

2.2.3 常用紧固件的金相检测36

2.3 紧固件的化学分析36

2.3.1 特种紧固件原材料化学分析36

2.3.2 特种紧固件氢含量分析38

2.3.3 常用紧固件原材料化学元素分析39

第三章 紧固件用材简介42

3.1 特种紧固件采用的材料42

3.1.1 高温合金42

3.1.2 不锈钢45

3.1.3 合金结构钢与碳素结构钢45

3.1.4 钛合金46

3.1.5 铝合金47

3.1.6 铜合金48

3.2 常用紧固件冷镦专用丝材49

3.3 特种紧固件主要材料牌号49

3.4 常用紧固件材料牌号50

第二篇 紧固件金相组织图谱与热处理工艺55

第四章 紧固件的金相组织55

4.1 金相试验中常见的组织55

4.1.1 钢中常见金相组织的定义55

4.1.2 钢中常见金相组织的形貌特征56

4.2 钢铁材料的热处理与组织转变61

4.2.1 钢在加热时的组织转变61

4.2.2 钢在冷却时的组织转变62

4.3 钢铁材料不同热处理状态下的金相组织65

4.3.1 工业纯铁退火65

4.3.2 碳钢退火66

4.3.3 T8钢正火（退火）68

4.3.4 碳钢淬火68

4.3.5 65Mn钢不同温度等温淬火70

4.3.6 碳钢、合金钢淬火回火71

4.3.7 不锈钢固溶处理72

4.4 钢铁材料化学热处理后的的金相组织73

4.4.1 15钢的渗碳后退火73

4.4.2 40Cr钢软氮化73

第五章 紧固件螺栓的金相组织与热处理工艺74

5.1 特种紧固件螺栓的金相组织与热处理工艺74

5.1.1 结构钢螺栓74

5.1.2 不锈钢螺栓76

5.1.3 高温合金螺栓78

5.1.4 钛合金螺栓83

5.1.5 铝合金螺栓84

5.2 常用紧固件螺栓的金相组织与热处理工艺86

5.2.1 碳素钢螺栓87

5.2.2 合金结构钢螺栓88

5.3 特种紧固件螺栓常用原材料的金相组织91

5.3.1 结构钢螺栓原材料91

5.3.2 不锈钢螺栓原材料93

5.3.3 高温合金螺栓原材料94

5.3.4 钛合金螺栓原材料98

5.3.5 铝合金螺栓原材料99

5.3.6 铜合金螺栓原材料100

5.4 常用紧固件螺栓原材料的金相组织100

第六章 特种紧固件成品和半成品的金相组织与热处理工艺102

6.1 结构钢紧固件成品和半成品的金相组织与热处理工艺102

6.1.1 38Cr钢丝套102

6.1.2 20A钢螺栓（大）、30CrMnSi钢沉头螺栓半成品102

6.1.3 40CrNiMo钢异形螺母（12角螺母）成品104

6.1.4 30CrMnSi钢镀锌螺栓、30CrMnSi钢自锁螺母105

6.1.5 65Si2MnWA钢压弹簧圈105

6.1.6 ML18钢螺母成品、ML18钢螺母未热处理半成品、20钢锁片106

6.1.7 30CrMnSiNi2钢六角螺栓和沉头螺栓108

6.1.8 ML16CrSiNi钢长托板螺母、镀锌四角托板螺母、两角小托板螺母109

6.1.9 30CrMnSiA钢高锁螺栓成品及半成品110

6.1.10 40CrNiMoA钢收口螺母111

6.2 不锈钢紧固件成品和半成品的金相组织与热处理工艺112

6.2.1 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢螺母112

6.2.2 1Cr12Ni2WMoVNb不锈钢半成品、成品螺栓113

6.2.3 1Cr12Ni3MoVN不锈钢螺母114

6.2.4 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢圆柱销114

6.2.5 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢螺母热处理115

6.3 高温合金紧固件成品和半成品金相组织与热处理工艺116

6.3.1 A286合金十二角螺栓116

6.3.2 GH2132合金半成品（固溶热处理）螺栓117

6.3.3 GH2132合金螺母118

6.3.4 GH2132合金六角螺母118

6.3.5 GH4169合金十二角、六角半成品（固溶处理）螺栓119

6.3.6 GH4169合金十二角螺栓120

6.3.7 GH2696合金螺母121

6.3.8 A286合金托板螺母121

6.4 铝合金紧固件成品及半成品的金相组织与热处理工艺122

6.4.1 7C04合金紧固件122

6.4.2 2A01合金铆钉123

6.4.3 2A01合金空心铆钉124

6.4.4 7075高强合金螺栓125

6.4.5 2A10合金铆钉125

6.4.6 2A10合金高锁螺母126

6.4.7 2A10合金高锁螺母、2A09合金套管127

6.5 铜合金紧固件金相组织127

6.5.1 H62螺栓127

6.5.2 HPb59-1合金螺母128

6.6 特种紧固件及材料常用的相关热处理技术文件129

第三篇 紧固件的缺陷与断口形貌133

第七章 紧固件的宏观缺陷与断口形貌133

7.1 紧固件原材料问题造成裂纹133

7.2 紧固件淬火裂纹139

7.3 紧固件因加工工艺或安装不当造成的开裂及缺陷143

7.4 紧固件因装配应力过大造成的裂纹147

7.5 紧固件脆性断裂151

7.6 紧固件疲劳断裂157

7.7 紧固件应力腐蚀开裂160

第八章 紧固件常见缺陷的金相形貌162

8.1 紧固件原材料显微缺陷162

8.2 紧固件常见夹杂物缺陷173

8.3 紧固件的热处理缺陷175

8.4 成形工艺不当造成的缺陷189

8.5 紧固件的金相低倍缺陷196

第九章 紧固件断口扫描电镜形貌200

9.1 紧固件疲劳断裂断口200

9.2 紧固件螺栓（钉）氢脆断口210

9.3 紧固件热处理缺陷造成断裂的断口221

9.4 装配应力过大断裂的断口225

9.5 应力腐蚀断裂断口228

9.6 机加工艺缺陷造成断裂的断口229

9.7 高温合金螺栓早期断裂断口230

第四篇 紧固件的失效分析与预防235

第十章 紧固件的失效分析与预防235

10.1 紧固件的受力分析235

10.1.1 螺栓的拉伸与扭转应力分析235

10.1.2 螺栓疲劳应力分析236

10.1.3 螺栓和螺母紧固时的受力分析237

10.2 紧固件失效的基本类型及特征237

10.2.1 紧固件塑性变形断裂及特征237

10.2.2 紧固件脆性断裂及特征237

10.2.3 紧固件疲劳断裂及特征238

10.2.4 紧固件氢脆断裂及特征238

10.3 紧固件失效的原因分析239

10.3.1 材料性能低引起的紧固件失效239

10.3.2 装配力过大导致失效240

10.3.3 选材不当导致失效240

10.3.4 机械加工工艺不当导致失效241

10.3.5 热处理工艺不当导致失效241

10.3.6 表面处理工艺不当导致失效242

10.4 紧固件常见的制造工艺缺陷242

10.4.1 紧固件因原材料缺陷原因造成的产品缺陷242

10.4.2 紧固件成形工艺与加工工艺不当造成缺陷244

10.4.3 热处理工艺不当造成的产品缺陷245

10.4.4 表面处理工艺不当造成的产品缺陷246

10.5 紧固件的失效分析方法246

10.6 预防紧固件失效的方法与技术措施248

10.6.1 预防紧固件失效的方法248

10.6.2 预防紧固件失效的技术措施249

第五篇 紧固件常见典型失效案例分析255

第十一章 紧固件疲劳断裂失效案例255

11.1 塔吊固定螺栓断裂255

11.2 夹子弹簧疲劳断裂259

11.3 40Cr钢固定螺栓断裂262

11.4 10.9 级40Cr钢轮毂螺栓断裂266

11.5 40Cr钢六角头螺栓断裂270

11.6 塔吊基础40Cr钢高强度螺栓断裂274

11.7 35CrMo钢车轮毂螺栓断裂278

11.8 40Cr钢差速器紧固螺栓断裂284

11.9 42CrMo钢双头螺栓断裂288

11.10 40Cr钢齿轮箱端盖螺栓断裂292

11.11 55CrSi钢传动阀弹簧断裂294

11.12 电梯扶手45钢驱动轴断裂300

11.13 35CrMo钢动车底座六方螺栓断裂306

11.14 45钢发电车螺栓断裂310

11.15 某矿机35CrMo钢双头螺栓断裂316

11.16 40Cr钢连杆与连杆螺栓断裂320

11.17 SCM435钢皮带张紧轮螺栓断裂327

11.18 SAE 9254钢弹簧断裂331

11.19 40Cr钢转向臂下端轴断裂339

第十二章 紧固件氢脆断裂失效案例345

12.1 40Cr钢高强度内六角圆柱螺栓断裂345

12.2 65Mn钢弹性垫圈开裂348

12.3 12.9级ML40Cr钢内六角螺栓断裂352

12.4 发动机底座40Cr钢六角头螺栓断裂355

12.5 SAE 1022钢自挤螺钉断裂359

12.6 10.9级20MnTiB钢螺栓断裂363

12.7 汽车推力杆20MnTiB钢螺栓断裂366

12.8 汽车支架20MnTiB钢螺栓断裂370

12.9 10B21钢压铆螺钉断裂373

12.10 三角牙六角头10B21钢螺栓断裂376

第十三章 热处理缺陷造成的紧固件断裂失效案例380

13.1 SWRCH35K钢六角头螺栓断裂380

13.2 40Cr钢六角头螺栓断裂383

13.3 SWRCH35K六角电镀螺栓断裂387

13.4 45钢六角螺母开裂失效391

13.5 20MnTiB钢内六角圆柱头螺钉断裂395

13.6 SWRCH35K钢螺栓头部弧形裂纹399

13.7 65Mn钢鞍形弹簧垫圈断裂403

13.8 60Si2Mn钢波形垫圈断裂406

13.9 35钢内六角圆柱头螺钉安装断裂408

13.10 40Cr钢六角头螺栓安装断裂412

13.11 SWRCH35K钢六角头螺栓断裂415

13.12 风电10级45钢螺母开裂418

13.13 齿轮箱25钢螺栓断裂422

13.14 35CrMo钢螺栓断裂425

第十四章 制造工艺不当造成紧固件失效的案例430

14.1 50CrV钢盘形弹簧安装断裂430

14.2 SWRCH45K钢四方螺母表面开裂434

14.3 ML35钢螺栓头部裂纹缺陷437

14.4 42CrMo钢热镦六方大螺栓头下圆角处裂纹缺陷439

14.5 35钢卡箍裂纹缺陷444

14.6 ML08AlCK钢大扁头方颈螺栓断裂446

14.7 35钢六角头带垫螺栓螺纹处的疑似裂纹448

14.8 40Cr钢六角头螺栓头杆连接处断裂450

14.9 挖掘机履带SCM435钢螺栓断裂454

14.10 AISI1022A钢盘头螺钉断裂458

14.11 45钢启动爪螺栓断裂460

14.12 40Cr钢热锻螺栓滚丝开裂463

第十五章 紧固件因装配不当造成的断裂失效案例467

15.1 SCM435钢圆柱头螺钉断裂467

15.2 40Cr钢六角头螺栓断裂469

15.3 35CrMo钢六角头螺栓断裂471

15.4 40Cr钢轴承调隙螺栓断裂473

15.5 Q195钢焊钉使用过程中断裂478

第十六章 紧固件原材料缺陷造成的失效案例483

16.1 35K钢法兰面螺母冷镦开裂483

16.2 ASTM194钢六角螺母安装开裂485

16.3 35CrMo钢内六角圆柱头螺栓杆部裂纹487

16.4 40Cr钢螺杆表面纵向裂纹490

16.5 40Cr钢大扁头方颈螺栓头部裂纹493

16.6 35K钢圆头方颈螺栓表面严重脱碳497

16.7 SWRCH35K钢六角法兰面螺栓冷镦开裂500

16.8 42CrMo钢螺栓使用中断裂503

16.9 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢螺母表面裂纹507

16.10 35K钢螺钉安装断裂513

附录1 紧固件常用基础技术与质量控制标准目录516

附录2 紧固件材料热处理工艺规范与材料技术条件521

附录3 紧固件及材料的金相组织常用浸蚀试剂与方法544

附录4 紧固件及材料强度与硬度常用换算表548

附录5 常用金属材料的中外牌号对照表552

附录6 紧固件相关名称的中英文对照表558

参考文献560