高强度螺栓热处理工艺改进

栏目主持李牛★　高强度螺栓热处理工艺改进　宁波东港紧固件有限公司　（浙江３１５１０５）　张先呜　紧固件在机械构件中起到联接、定位以及密封　组织；二是在高温回火后零件获得所预期的综合力　等作用，其中螺栓用量最大。材料的选用是保证质　学性能，即具有一定强度，良好的塑性、韧性和低　量的基础，热处理技术对高强度螺栓尤其是它的内　的缺口敏感性以及较高的抗弯强度，以免产生松弛　在质量至关重要。　１０．９和１２．９级（力学性能见表１），根据技术要　求，这４个等级螺栓都要进行热处理。　表１矗强度曩栓的力学性能　蟪力学性能　８　８　≤Ｍ１６Ⅱ１ｍ　＞Ｍ１６ｒａｍ　现象。中碳合金钢所使用的合金元素中，Ｃｒ、Ｍｎ、　种或几种来提高钢的淬透性。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等元素　高强度螺栓共有４个性能等级即８．８、９．８、　ｓｉ能有效提高钢的淬透性。因此，一般使用其中的　有利于形成弥散碳化物，增加弥散强化的效果。因　此，这些合金元素既有刺于提高钢的强度，又有刺　于提高钢的塑性和韧性。Ｍｏ元索还有一个特殊的作　用，就是防止钢在调质高温回火后出现回火脆性。　高强度螺栓用钢的工艺性能包括冷拔性能、冷　挂等级　抗拉强度　／ＭＰａ　８００～９８０　８３０～９８０　９００～　１０４０～　１２２０～　１０８０　１１８０　１３８０　镦性能、回火脆性和裂纹敏感性，各常用钢种的工　艺性能列于表３。　裹３　常用奇强度曩樘用钢的工艺性能　涪氏硬度　ＨＲＣ　２２３２　２３～３４　２８～３７　３２～３９　３９～４４　钢号　冷拔性螗　狰墩性能恼火脆性橱向　裂纹ｔ感性　热处理是为了提高螺栓的综合力学性能，以满　足产品规定的抗拉强度和届强比，为降低生产成　本，对高强度螺栓常规热处理工艺改进很有必要。　１．高强度螺栓用钢概况　３５　３５Ｋ　ＭＬ３５　４５　忧　优　优　蛊　优　忧　优　蛊　我国的紧固件用钢至今仍较广泛，调质硬度也　逐渐提高，一般在２４～４４ＨＲＣ之间；而高强度螺　挂需选用中碳钢、中碳合金钢，其中ＣｒＭｏ和　ＣｒＭｏＶ两类钢种更能满足在复杂条件下使用。１０　年来由于从国外引进技术和进口产品的增加，钢种　数量有所增加，主要钢种如表２所列。　裹２我国１ｌ强度一栓用钢　碾素钢　ＣｒＭｎ系　Ｑ蒹　ＣｒＭｏ系　ＭｎＴｉ系　ＣｒＭｏＶ系　３ＯＣｒＭｎＳｉ　４０Ｃｒ　４５Ｃｒ　可　盅　可　可　盅　可　徽　徽　２０ＣｒＭｏ　３５ＣｒＭｏ　４２ＣｒＭｏ　４５ＣｒＭＯ　２５Ｇ２Ｍ０ＶＡ　忧　蛊　盅　良　盅　优　可　可　可　可　懒　３５、３５　３０ＣｒＭｎＳｉ　ＭＬ３５、４５　４０㈨ＭｏＶ　２５ＭｎＴ母ＲＥ　可　优　可　良　微　微　４０Ｃｒ　４５Ｃｒ　２０ｃｒＭｏ　３５ＣｒＭｏ　４２ＣｒＭｏ、４５ＣｒＭｏ　２５ＭｎＴＩ　ＢＲＥ　２５Ｃｒ２Ｍ　Ａ、４０Ｃｒ２ＭｏＶ　注；　ｖ”有国火臆性或有裂纹敏感性。　“无回火臆性倾向或对裂纹不ｔ感。　３．选材与材料改制　因为螺栓多数是采用冷镦工艺生产，钢材的原　始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。冷镦　①３５Ｋ为日丰ＪＩＳＧ３５０７中的ＳＷＲＣＨ３５Ｋ钢号。　２．高强度螺栓用钢依据　高强度螺拴用钢的主要目的不外乎以下两个：　过程中局部区域的塑性变形可达６０％～８０％，为　是保证钢具有必需的淬透性，使零件在淬火后具　此要求冷镦钢材必须具有良好的塑性。　有足够厚度的马氏体层，并使马氏体保持细的隐晶　钢厂供应的制造螺栓等紧固件材料多数为热轧　辊槭Ｉ天｛热韶Ｉ）２００２年第２辆　２４　维普资讯 http://www.cqvip.com

盘条，球化退火可获得在铁素体基体上分布球状渗　强度螺栓从上料一清洗一加热一淬火一清洗一回火　碳体的组织，以使硬度降低，塑性提高，大大地改　一着色一下线，全部自动控制运行，有效保证了热　善其冷变形的加工性能。　处理质量，技术水平达到国内先进水平。　材料改制中的球化退火，国外大多数在保护气　这条生产线淬火加热炉膛有效容积为４．８　，　氛控制的电加热钟罩式球化退火炉内进行，而国内　每小时可处理５００　螺栓，炉内气氛由高纯度甲醇　般在燃油炉或抽屉式台车炉，炉内无保护气氛，　通人炉内作为载气，通人量８０００ｍＬ／ｈ，以高纯度　存在脱碳现象。　丙烷通人炉内作为富化气，通人量０．２　／ｈ，碳势　选用材料是生产高强度螺栓的第一步，标准之　设定０．３２％～０．３８％，通常情况下，甲醇和丙烷　是经济的合理性，因此钢材的价格是选材的重要　裂解气产生的碳势，可以满足中碳和中碳合金钢的　参考依据，根据材料的价格因素，东港公司高强度　淬火加热保护。　螺栓选用材料主要有３５、４５、ＭＬ３５、３５Ｋ、４０Ｃｒ、　５．热处理工艺改进重点　３５ＣｒＭｏ、４２ＣｒＭｏ钢等。　（１）淬火介质东港公司高强度螺栓热处理工　在材料改制的球化退火时，其加热温度多选择　艺改进重点在全面更换淬火介质，淬火介质直接影　在该钢材临界点Ａｃｘ上下，较长时间进行保温。对　响淬火冷却能力、淬火开裂和变形等。公司三条网　中碳钢而言，加热温度一般不能太高，选择７１５～　带炉生产线两台为油炉，介质选用快速淬火油，它　７３０℃之间，保温２～４ｈ，硬度控制在７５～７９ＨＲＢ之　优于普通全损耗系统用油的最重要方面还是它的冷　间，否则脱碳严重，会产生三次渗碳体沿晶界析出，　却特性，实现中碳合金钢高强度螺栓全部淬快速　恶化钢材的冷镦性能，造成冷镦开裂。而对于中碳　油，使淬火质量有了明显的提高，体现在淬火硬度　合金钢球化退火温度选择在Ａｃ　以上１０～３ｏ℃，约　高且均匀，淬硬层加深，心部铁索体明显减少，力　７６０－－７７０℃保温２～３ｈ，降温至６９０－－７７０℃等温１～　学性能稳定，不存在零件返修和废品。　２ｈ，炉冷至５５０℃以下出炉，硬度控制在８０～　台为水炉、介质选用水溶性淬火介质，ＰＡＧ　８４ＨＲＢ之间，较高温度退火时，会造成脱碳层过　类（好富顿ＡＯ＿２．５１），浓度测控容易。用于大部分　深、过厚　球化退火质量，一般用退火后硬度和渗　中碳钢高强度螺栓调质淬火，淬火效果很好，未发　碳体颗粒大小（即所谓球化级别）进行评价。可根　现淬火开裂现象。淬火硬度均匀，淬火表面质量较　据ＪＢ／Ｔ５０７４—１９９１《低、中碳钢球化体评级》检　好，代替盐水、碱水，可以解决锈蚀而影响后序着　查，４～６级合格，１～３级不合格。　色发黑质量的难题。　４．热处理设备的选择　由于液温对冷却特性影响较大，在配备完好循　根据技术要求，高强度螺栓必须经淬火及高温　环冷却系统时，使用时注意调节液温在２５～３４℃，　回火后，得到均匀的回火索氏体或回火托氏体组　还应避免工件密集堆放出炉而造成工件明显不同的　织，才能满足较高的强度、足够的韧性和良好的抗　淬火效果。　疲劳性能　（２）淬火温度中碳钢３５、３５Ｋ、ＭＬ３５和４５钢　由于高强度螺栓生产量大，价格低廉，螺纹部　化学成分除了含碳量有所差别外，重要的是含Ｍｎ、　分又是比较细微相对精密的结构，因此要求热处理　Ｓｉ元素的差别，这对于淬火后的性能，直接反应到热　设备必须具备生产能力大，自动化程度高，热处理　处理工艺性的差别。淬火加热温度应根据螺栓长度　质量好的能力。进入２０世纪９０年代以来带有保护　（Ｌ）与直径（ｄ）之比小于７（即Ｌ：ｄ≤７）来选定，　气氛的连续式热处理生产线已占主导地位，国外广　小尺寸取下限，大尺寸取上限，见表４。　泛采用网带式、震底式或铸链式热处理生产线。震　裹４曩毪尺寸与淬火加热沮度　底炉、网带炉尤其适用于中小规格螺栓。　螺桂尺寸　淬火加热程度／＇Ｃ　东港公司近年来添置了三永公司生产的　ｄ／ｒａｍ　ｌ区　Ⅱ区　Ⅲ区　Ⅳ区　ｓＹ一８０４—４网带炉热处理生产线，该线除了炉子　＜Ｍｌ６　８ｌ０　８２０　８２０　８ｌ０　密封性能好以外，还具有先进的气氛、温度和工艺　≥Ｍ１６　８３０　８４０　８４０　８３ｏ　参数计算机控制，设备故障报警和显示等功能。高　巍槭Ｉ凡《热翻Ｉ　２００２年第２期　２５·　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｎｉ．Ｐ合金镀在高速　钢立铣刀上的应用　陕西渭河工摸具总厂（７２２４０５）　张广宏　几十年来我厂高速钢制立铣刀的螺旋槽经表面　的厚度及其均匀性是衡量镀层质量的重要指标之　氧化处理后一直是黑色，用户对此反映较大，一是　防锈蚀能力较差，二是影响美观。　镀层厚度直接影响到工件的耐蚀性、耐磨性　等，从而在很大程度上影响产品的可靠性和使用性　为解决这两个问题，我们引进清华大学Ｎｉ—Ｐ　能。镀层的厚度取决于沉积速率、沉积时间与镀液　—Ｐ镀层的一个重要优点是沉积金　合金镀技术，经过消化吸收，成功地应用于立铣　的老化程度。Ｎｉ刀，不仅提高了刀具表面的耐蚀性、光亮度，而且　属的厚度在整个基底表面是均匀的，几乎与它的几　增加了耐磨性，提高了刀具寿命，取得了令人满意　何形状无关．并且在全部被溶液授润以及镀液流动　的结果。　１．试验方法　有自由通道的条件下，可获得非常均匀的镀层，这　为大批量生产提供了条件。表１为立铣刀在镀液中　的硬度、表面光亮度之问的关系。　裹时间　镀层厚度　／ｍ［ｎ　２０　４０　（１）试验材料　试验材料选用Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２　上镀时间与镀层厚度、硬度、４００℃ｘ　ｌｈ热处理后　钢制≠１０ｍｍ直柄立铣刀　（２）镀液的配方　ＮｉＳＯ４·６Ｈ２Ｏ为３０ｇ／Ｌ，　ＮａＨｚＰ０２‘Ｈ２Ｏ为３０ｇ／Ｌ，ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ为　１　２０ｇ／Ｌ，ＣＨ３ＣＯＯＮａ·３Ｈ２Ｏ为１０ｇ／Ｌ，ｐｂｚ　适量，　ｐＨ值为５～６，温度８Ｏ～８８℃。　（３）试验方法①试件施镀在（８５±２）℃恒温　镀液槽中进行。②试件镀后的热处理在ＨｚＲ一５Ｏ　真空回火炉中进行　③立铣刀的切削性能试验在　ＭＣ１２５０加工中心上进行。　２．试验结果与分析　镀层硬度　４００℃×ｌｈ热处理后　蕞层光　ＨＶ　蕞屡硬度ＨＶ　６００（５５ＨＲＣ）　６２０（５６ＨＲＣ）　亮度　全光亮　全光亮　０　０１０　５５０（５２　５ＨＲＣ）　０．０１５　５１７（５０．５ＨＲＣ）　６０　８０　１００　０　０２１　４７０（４７．５ＨＲＣ）　７７２（６２．３ＨＲＣ）　０　０２７　４８５（４８　５ＨＲＣ）　８３６（甜．３ＨＲＣ）　０．０３３　４９０（４８　８ＨＲＣ）　８８０（６５．８ＨＲＣ）　０　０４１　４８９（４８　７ＨＲＣ）　８４０（６４　５ＨＲＣ）　全光亮　全光亮　全光亮　全光亮　（１）立铣刀Ｎｉ—Ｐ合金镀层厚度的确定镀层　１２０　对于８．８级Ｍ６ｍｍ以上螺栓一般采用４５钢，　１／４，因此除在淬火加热时要保护螺纹牙尖不脱碳，　该钢Ａｃ３为７８０＂Ｃ，它对淬火裂纹十分敏感，内、　还要对原材料已脱碳的螺栓进行适度的复碳，以保　外六角头部应力较大。因此，原则上采用亚温淬　证Ｅ和Ｇ值都在合格范围之内。　火，见表５。　襄５　４５钢螺栓淬火中热温虞　黑栓足寸　ｄ／ｍｍ　ｒ　＞Ｍ１６　根据气氛的碳势平衡原理，把网带炉中的保护　气氛的碳势调到和被复碳的零件原始含碳量基本相　等，使已脱碳的零件慢慢恢复到原来的含碳量。应　Ⅳ区　７５０　淬火加热温度，℃　Ｉ区　７５０　Ⅱ区　７６０　Ⅲ区　７６０　该关注的是油炉与水炉的区别，当零件不停地进入　炉中，水炉内空气和水分也随之带入炉内，淬火时　水蒸气也不时渗入炉内，增加了气氛的氧化和脱碳　趋势，为了抵消这种趋势，必须增加富化气丙烷的　＜Ｍ１６　７９０　８００　８００　７９０　１，碳势设定在　（３）复碳工艺　１０．９级以上螺栓多采用　通入量，复碳时通入量为０　４ｍ３／１３５ＣｒＭｏ、４０Ｃｒ、４２ＣｒＭｏ钢制造，采用冷镦成形　０．３８％～０．４５％。复碳加热温度８６０～８７０℃。时　时，原材料的脱碳层不但仍然存在，而且被挤向牙　间为７０－８０ｒａｉｎ即可。不能在高温下进行，以免晶　尖。１０．９级要求螺栓的顶部的总脱碳层不得大于　粒粗大影响力学性能，而回火温度的选取应根据螺　螺纹高度的１／３，１２、８级要求不得大于螺纹高度的　栓强度等级选择即可。２６·　（２ＯＯ１１１２８）　第２鹚　视槭Ｉ＾｛热韶Ｉ）２００２年