高强度大六角头螺栓u型螺丝出产厂不锈钢u型螺栓规格内六角准则尺寸304不锈钢外高强度的连接是什么

　　高强度外六角螺栓六角螺丝第39卷 Vol. 39 第5期 No. 5 金属制品 Metal Products doi：10． 3969 / j． issn． 1003 － 4226． 2013． 05． 014 2013 年 10 月 October 2013 紧固件螺栓调质的金相检验 张先鸣 （ 湖南冷水江天宝实业有限公司， 湖南 冷水江 417500） 摘 要 介绍紧固件螺栓调质金相组织及评定标准。阐述常见的调质缺陷组织和热处理淬火缺陷组织形貌特征 及产生原因。进口螺丝在实际生产应用中，可通过金相检验判定紧固件成品质量是否达标或确定各种缺陷分布状况和性 质，精制螺栓分析产生缺陷的原因和各种工艺因素对质量的影响，为改进工艺提供依据。 关键词 紧固件；螺栓；调质处理；金相检验；组织缺陷；力学性能 中图分类号 TG156． 6 Metallographic inspection of fastener bolt quenching and tempering ZHANG Xian-ming （ Hunan Lengshuijiang Tianbao Industrial Co． ，Ltd． ，高强度自攻螺钉Lengshuijiang 417500，双头螺栓批发China） Abstract To introduce fastener bolt quenching and tempering microstructure and evaluation standard． The usual pattern feature cause of quenching and tempering defects structure and heat treatment quenching defect structure are explained． In actual production application，fastener finished product quality can be decided，each defect distribution condition and property can be identified by metallographic inspection． The reason of defects production and influence of every process factors on quality are analyzed，which provide basis for process improvement． Keywords fastener； bolt； quenching and tempering treatment； metallographic inspection； structure defect； mechanical property 高强度螺栓经过调质处理（淬火加高温回火） 具 有良好的综合力学性能及较高的强韧性六角螺栓规格常用的钢 材为 低、中 碳 优 质 碳 素 钢 和 低 合 金 钢，如 10B21、 SWＲCH35K、双头螺栓英文ML35、35、45 （ 生产 8． 8 级螺栓），40Cr、不锈钢高强螺栓 SCM435、ML35CrMo、30CrMnSi、40CrMnMo（ 生产 10． 9 级螺栓），以及 35CrMoV、ML42CrMo、40CrNiMo（ 生产 12． 9级螺栓）等牌号［1］。 1 调质金相检验 调质是将亚共析钢加热超过 Ac3 以上 30 ～ 50 ℃ ，当工件淬火温度正常u型丝保温时间足够，且冷却速 度也较高，过冷奥氏体在淬火过程中未发生分解，则 淬火后得到的组织应是板条状马氏体和针片状马氏 体。在中高温回火过程中，马氏体中析出碳化物，获 得回火索氏体或回火屈氏体［2］。 1． 1 调质组织与评定 为确保高强度螺栓淬火时奥氏体化充分，淬火 组织均匀，无未溶铁素体及非马氏体组织，必须充分 重视淬火态组织的金相检验。对 10． 9 级及以上高 强度螺栓而言，淬火组织的均匀性尤为重要。国外 的高强度螺栓热处理非常重视钢的充分奥氏体化， 确保其组织的均匀性，以获得更佳的强韧性配合，保 障螺栓服役时安全可靠。高强度自攻螺钉国内高强度螺栓制造商对 此尚未引起足够重视，普遍存在的问题是螺栓淬火 加热保温不足，奥氏体化不充分。 评定调质处理的质量一般采用 GB / T 13320— 2007《钢质模锻件 金 相 组 织 评 级 图 与 评 定 方 法》。 该标准适用于经过调质处理的结构钢件，不适用于 脱碳、过热、过烧等组织的评定。标准要求试样应在 冷态下用机械方法制取；若采用热切时，u螺栓厂家必须将热影 响区完全去除。制样过程中，不能出现因受热而导 致的 组 织 改 变 现 象。试 样 抛 光 后 用 体 积 百 分 数 2% ～ 5% 的硝酸酒精溶液侵蚀。 金相组织按 1 ～ 8 级评定，1 级组织更好，精制螺栓8 级组 织最差。该标准第三组评级图，适用于结构钢调质 处理件，尤其是高强度螺栓的调质检验。被评定的 调质组织介于两个级别之间时，以下一级为判定级 别，例如大于 3 级小于 4 级时，则判为 4 级。不锈钢高强螺栓 ·52· 金属制品 调质的金相组织分析，在光学显微镜下用 500 倍观察，合格级别由供需双方协商约定，没有约定的 以 1 级 ～ 4 级为合格。生产实践表明，在低温环境 下服役的螺栓，1 级 ～ 3． 5 级为验收标准。如果在评 级时有争议，可以参考力学性能检验结果进行判定。 1． 2 螺栓的调质及组织 GB / T 3098． 1—2010《紧固件机械性能 螺栓、螺 钉和螺柱》强调对 8． 8 级及以上产品的材料要求应有 足够的淬透性，以确保螺栓螺纹截面的心部在淬硬状 态、回火前获得体积分数约 90% 的马氏体。盆式支座地脚螺栓为保证 良好的淬透性，对于 8． 8 级、螺纹直径超过 20 mm 的 螺栓需采用标准规定的合金钢材料淬火并回火。 淬火后 马 氏 体 的 粗 细 可 按 JB / T 9211—2008 《中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级》进行评定。 由于奥氏体化温度不同，马氏体形态和大小不一样。 1 级属于奥氏体化温度偏带肩双头螺柱低，淬火组织是隐针马氏 体、细针马氏体和体积分数不大于 5% 的铁素体；而 8 级则属于过热组织，是粗大的板条马氏体 + 粗片 针马氏体。正常淬火时控制在 3 ～ 5 级，其组织为细 小的板条马氏体 + 片状马氏体，6 级具有较高的冲 击韧性、屈服强度和抗拉强度，适用于较大规格且要 求淬透性高的螺栓。图 1 为 40Cr 钢板条状及针状 马氏体 4 级，图 2 为 45 钢板条状及针状马氏体 5 级，图 3 为 SCM435 钢板条状及针状马氏体 4 级 ，以 上均为正常淬火组织。 第 39 卷 图 1 板条状及针状马氏体（40Cr，4 级） × 1 000 Fig． 1 The board strips and acicular martensite（40Cr，grade four） 回火索氏体组织实际上是在 α 相基体上分布的 极小颗粒状碳化物，如图 4高强度螺栓的生产质量缺陷图 5 所示。什么是高强度螺栓回火温度根据 高强螺栓等级要求，一般在 450 ～ 600 ℃ ，高强度自攻螺钉具体温度范 围视钢的化学成分有所区别。因为合金元素的加入 会减缓马氏体的分解、碳化物的析出和聚集以及残余 奥氏体的转变等过程，回火温度将移向更高［3］。 2 调质的缺陷组织 2． 1 淬火过热组织 淬火加热温度偏高致使奥氏体晶粒长大，淬火 后得到粗大的马氏体组织，如图 6 所示。一旦出现 粗大针状马氏体，即使采用合理的回火温度进行回 第5 期 张先鸣：紧固件螺栓调质的金相检验 ·53· 图 5 回火索氏体（3 级） × 500 Fig． 5 Tempered sorbite（ grade three） 火，也不能获得较好的综合力学性能，具有该组织的 螺栓在使用过程中极有可能发生早期断裂失效。 图 6 粗大的马氏体组织（42CrMo，8 级） × 500 Fig． 6 Coarse martensite structure （42CrMo，grade eight） SWＲCH35K 正常淬火温度不超过 870 ℃ 。图 7 试样为 920 ℃ 淬火时，晶粒急剧长大，不同晶粒内平 行的马氏体位向是不同的，奥氏体化相应提高，淬火 后残余奥氏体相对多一些。粗大马氏体组织综合性 能差，也容易淬裂［4］。 2． 2 淬火欠热组织 高强度螺栓正常淬火后得到的组织应是板条状 马氏体和针片状马氏体。淬火欠热是淬火加热温度 过低或保温不足高强度螺栓的连接是什么！奥氏体未均匀化，导致淬火后的组 织为马氏体和未溶铁素体，如图 8 所示。即使通过 回火也不能消除铁素体。 45 钢在 Ac1 ～ Ac3 保温，图 9 铁素体仍留在基体 内。进口螺丝同时由于淬火温度低，保温时间短，奥氏体均匀 化差，什么是高强度螺栓冷却时局部发生屈氏体转变。 2． 3 欠淬透组织 淬火温度正常且保温时间足够，但冷却速度不 够以至于不能淬透，结果沿工件截面各部位将得到 不同的组织，即使表面是马氏体，往中心会逐步出现 非马氏体组织。非马氏体组织有屈氏体、贝氏体等， 心部为屈氏体和铁素体等组织。在低合金钢中出现 的非马氏体组织一般不是屈氏体，而是上贝氏体，如 ·54· 金属制品 图 10 所示。该组织为马氏体基体上分布有少量贝 氏体，用金相方法较容易检验出这种缺陷。 第 39 卷 图 10 心部组织回火索氏体 + 上贝氏体 × 500 Fig． 10 Center structure tempered sorbite and upper bainite 中碳钢调质组织形态取决于淬火态组织，加热 不足而残留在马氏体组织中的块状铁素体，或冷却 不足而在晶界处析出网状或半网状铁素体，都是有 害的。 值得注意的是，加热不足引起的未溶铁素体与 冷却不足时先析出铁素体在形态上是有区别的，前 者呈圆钝块状或厚薄不均匀断续网状（ 图 11） ，而后 者是新形成的先共析铁素体，形态上比较纤细，双头螺栓批发分布 在奥氏体晶界上（ 图 12）［5］。双头螺栓批发 图 12 淬火冷却不足组织（40Cr） × 500 Fig． 12 Quenching insufficient cooling structure（40Cr） 裂的根本原因。当内应力超过材料的屈服强度时， 便引起变形；当内应力超过材料的断裂强度时，便造 成开裂。只有拉应力是使裂纹萌生和扩展的必要条 件。淬火裂纹原因可以从两方面考虑，一是有哪些 因素造成了较大的应力；二是材质有没有缺陷，致使 强度和韧性降低。 3． 1． 1 淬火裂纹特征 （1） 多数情况下裂纹由表面向心部扩展，宏观 形态较平直。双头螺栓英文 （2） 从宏观与微观看裂纹两侧均无脱碳，但如 果在氧化性气氛中进行过高温回火，则淬火裂纹两 侧会有氧化层（ 图 13） 。 图 11 淬火欠热组织（40Cr） × 500 Fig． 11 Quenching under-heating structure（40Cr） 3 常见热处理淬火缺陷 螺栓调质热处理工艺中淬火缺陷最为常见，如 硬度不足、变形、开裂等。产生缺陷的原因很多，进口螺丝需 从各方面分析，金相检验是常用的方法［6］。 3． 1 淬火裂纹 淬火时在螺栓中引起的内应力是造成变形与开 图 13 裂纹两侧严重脱碳 Fig． 13 Serious decarburization on both sides of crack 3． 1． 2 内应力增大引发正常组织淬火裂纹 （1） 设计不合理，如有尖角、截面突然变化，易 引起应力集中。 （2） 冷却太强烈，如本应采用快速淬火油，却选 择了水溶液，精制螺栓不该冷透时冷透等。 （3） 淬火时冷却方式不当，淬火后未及时回火。 第5 期 张先鸣：紧固件螺栓调质的金相检验 ·55· 3． 1． 3 组织缺陷引起淬火裂纹 （1） 淬火温度偏高，奥氏体晶粒粗大，淬火后形 成较粗大的马氏体，容易开裂。进口螺丝特别是粗大的高碳 马氏体，常伴有显微裂纹。 （2） 钢材存在网状碳化物等脆性相，淬火时易 沿脆性碳化物网开裂。在晶界处有沿晶界分布的碳 化物网络，磨削时也容易磨裂。 （3） 钢材有折叠或粗大夹杂物等缺陷，淬火时 易沿此缺陷形成裂纹。 （4） 钢材中存在严重偏析，淬火后组织不均匀， 内应力较大且不均匀，容易开裂。 （5） 由于紧固件表面脱碳，淬火时表层体积膨 胀小，受到两相应力，容易形成龟裂。 3． 2 淬火硬度不足 （1） 加热温度不足，冷却时形成屈氏体，当屈氏 体很少时，盆式支座地脚螺栓硬度无明显变化，但金相组织容易鉴别。 （2） 淬火冷却速度不足，淬火组织中除马氏体 外，盆式支座地脚螺栓还有屈氏体或贝氏体组织。屈氏体或贝氏体越 多，硬度越低。上海地脚螺栓厂家 （3） 表面脱碳，淬火时不易形成马氏体，或形成 低碳马氏体，如图 14 所示。 （4） 淬螺柱火过热，过热组织马氏体粗大，残余奥氏 体量明显增多，硬度也降低。 图 14 表面脱碳铁素体和低碳马氏体 × 200 Fig． 14 Surface decarburization ferrite and low carbon martensite 螺栓淬火回火后性能达不到技术要求，影响因素 是多方 面 的，对 其 进 行 质 量 分 析 是 一 个 复 杂 的 过 程［7 －8］。这里只是强调金相检验时应注意有无影响 强韧性的不利因素外六角螺丝尺寸规格表诸如晶粒粗大、非金属夹杂物、网 状渗碳体、网状铁素体、淬火组织中的非马氏体组织 以及低倍检测中的显微偏析造成的组织不均匀等。 4 结语 金相检验的目的一方面是为了判定螺栓成品的 质量是否符合有关标准规定；另一方面是通过观察 确定各种缺陷的分布状况和性质，u螺栓厂家分析产生缺陷的 原因和各种工艺因素对质量的影响，为改进工艺和 试验研究提供数据，这是不可或缺的手段。 参考文献（ Ｒeferences） ［1］ 张先鸣． 我国紧固件行业热处理技术现状及展望［J］． 金属制品，2008（6） ：53 － 57． 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