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紧固件热处理工艺实施指南

提供来源:上海百贺 日期:2018年10月17日

“热处理”是采用适当的方式对金属紧固件进行加热、保温和冷却,以获得预期的组织结构与性能,赋予材料极限性能和高强度螺栓极限服役性能的技术。但要完全掌握并产生一定效果则非易事,它既是一门理论性很强的技术,又是一类具有丰富内涵的工艺实践过程。单叱煞帧⒐ひ铡⒆橹⑿阅芰蠢纯矗牧嫌牍ぜ娜却砭褪嵌嘁蛩丶傻母丛酉低场Ⅻ/p>

  实践性很强说的是热处理工艺随着材料和高强度螺栓千变万化,且不断创新、不断发展、不断进步。可以看到,没有哪个材料可以离开热处理,没有哪个高强度螺栓不依赖热处理。需要特3指出热处理是当今赋予材料极限性能,赋予高强度螺栓极限服役性能的仅有的两种技术之一。

  高强度螺栓热处理与制坯技术、切削技术不同。冷镦制坯、锻造制坯、铸造制坯和焊接制坯可以制出一定形状和大尺寸的坯件,十分显眼。而热处理技术是高强度螺栓制造的“内科学”, 赋予的是性能,既不显山,也不露水。热处理是一个特殊工艺过程。它通过改变组织结构来提高工件的性能,但不改变其形状,而事实是若要彻底了解工件热处理后性能好坏则大多数需做破坏性试验,而重要的螺栓来说,某些工艺缺陷(质量问题、包括材料问题)在使用u才会逐渐暴露出来。所以,热处理是不同于其他加工方式的一种重要工序。

  热处理工艺在高强度螺栓制造中,对性能的改变有较为突出的作用。若将热处理与冷镦、冷挤、冷冲、部分切削加工密切配合,能够对高强度螺栓的精度以及成品率提升一个较高的水平。

  对于重要高强度螺栓的材料应进行确认性检验,对供方提供的检验文件如合格证、质保书及检测报告进行确认。对材料定期确认检验主要是验证其材质的各项性能是否符合相关的材料标准和紧固件热处理的技术条件要求。热处理前螺栓的质量状况,包括前处理和晶粒度,都必须对照相应标准。热处理工艺本身,同样包括两个层面的工作,一是热处理工艺创新,包括最适工艺的研究,含预先热处理(球化退火或软化退火)的设计、加热和冷却工序的设计等,二是热处理工艺的优化,即最佳工艺,要针对是水溶液还是快速淬火油淬火介质冷却方案,区别设定工艺,具体改帐匝橛叛 Ⅻ/p>

热处理工艺实施

  热处理工艺的关键就是控制加热速度、加热温度、气氛保护、保温时间、冷却介质、冷却速度等内容。

  一般而言,一定加热速度下,加热温度越高、保温时间越长,得到的奥氏体晶粒就越粗大,反之亦然。

  奥氏体晶粒粗大的长大过程一般是大晶粒吞并周围的小晶粒而总的晶粒变大,其受到加热速度、加热温度、保温时间、钢的成分、未溶粒子的性质数量大小以及原始组织的因素影响。为了得到细小的奥氏体晶粒,加热过程中需要控制加热温度、保温时间和加热速度等参数,加热温度高时,保温时间影响很大,需要将保温时间缩短,加热温度低时,保温时间影响相对较小,可以将保温时间适当延长。

  加热速度越快,奥氏体起始晶粒度越细小。另外,要具体考虑材料的特点,含碳量、含合金类型和多少都有很大影响。一定加热温度和保温时间内,奥绿寰Я5拇笮≡谝欢ǚ段谒娓种刑己康脑黾佣龃螅缓笥炙嫣己康脑龃蠖跣 8种屑尤胧柿康那刻肌⒌衔镄纬稍兀捎行ё柚拱率咸寰Я3ご蟆8种屑尤隡n、P、O等在一定限度下可增加奥氏体晶粒长大的倾向。

  Fe-FeC3相图是钢铁材料热处理工艺的基础。中低碳钢淬火就是加热至临界点AC3以上30~50℃,保温一段时间,使钢的组织转变为奥氏体组织,然后快速冷却下来,以获得马氏体的一种热处理方法。

  根据Fe-FeC3相图可知,中低碳钢的最低完全奥氏体化温度GS线,是从912℃,下降到727℃。随着含碳量的逐渐增加,H率咸寤露戎鸾ハ陆怠V械吞几衷诿挥屑尤肫渌辖鹪兀豢悸窃又试赜跋煜拢颐强梢杂檬嚼醇扑阒械吞几值淖畹屯耆率咸寤露取Ⅻ/p>

  在含碳量为0.218%~0.77%范围内,钢中碳含量每增加1%,最低完全奥氏体化温度下降(912-727)℃÷0.77=185℃÷0.77=240℃。因此,只要知道中低碳钢的碳含量,就可以计算出该钢在平衡状态下,完全奥氏体终了温度。

以中低碳结构钢为例,完全奥氏体终了温度计算如下:
45K钢:912℃-240℃×0.45=804℃。
35K钢: 912℃-240℃×0.35=828℃。
10B33钢:912℃-240℃×0.35=828℃
SWRCH25K钢:912℃-240℃×0.25=852℃
10B21钢:912℃-240℃×0.21=861.4℃

  考虑到低碳钢的淬火是完全淬火,获得的是板条状马氏体组织,且在含碳量低于0。25%的钢是不易产生淬火裂纹的 故选择淬火温度时可尽量选上限。因此,10B21钢选择的淬火温度为880℃~890℃;SWRCH25K钢选择的淬火温度为870℃~880℃;而在实际生产中选择的淬火温度为900℃,即不会开裂,也不易晶粒长大。

  淬火冷却根据淬火介质的冷却速度、工件的大小、工件的材质,碳素钢 栓在淬火冷却过程中,不同尺寸的工件、不同材料的工件、不同冷却方式的工件,其得到的淬火组织是不同的。

  例如M6的螺栓,体积热量少,进入快速淬火油淬火介质中5~6秒就完成了淬火冷却转变的过程,而同样材料的M24的螺栓,体积热量多,进入水溶液淬火介质中2 3秒时还处于蒸汽膜阶段,需8~10秒才能完成冷却过程,相对M6的螺栓而言,其冷却速度要慢了很多,因此得到的组织除马氏体以外,还有其他非马氏体组织或托氏体、贝氏体、先共析铁素体等。

  由此可见,淬火冷却过程的转变主要是要控制冷却速度,而确定合适的冷却 度时要估计出其临界冷却速度,根据临界冷却速度,综合考虑淬火介质类型、工件体积、工件材质等参数,综合编制淬火冷却的参数。所以淬火冷却的转变具体就是灵活运用CCT图。

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