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“緊固件材料和熱處理”技術熱點——材料篇(緊固件人士必看?。?/div>
欄目:行業新聞 發布時間:2017-04-04
研究和開發符合我國資源情況的質優價廉的高強度冷鐓鋼,對我國緊固件行業在國際市場競爭中取得優勢具有重要的作用。......

1、什么是添加元素的鋼, 為什么容易淬火開裂?


在GB/T3098.1~2010標準中對8.8級~10.9級的螺栓使用的材料有明確規定,對于需要熱處理的高強度螺栓鋼硫和磷的最大含量極限,從0.035%降到0.025%,其中有“添加元素的碳鋼(如硼或錳或鉻)”一類,并代替原標準規定的“低碳合金鋼”。據悉,此類鋼材采用“廢鋼”作原料、電爐冶煉,往往殘余合金元素過多,控制非常困難,特別是一些難以在冶煉中去除的雜質元素,造成最終產品質量無法保證。


一般指的是45#、40Cr鋼,此類鋼在我國的使用年限較長。特別是S、P的含量都在0.025%~0.035%,還有其他的雜質Cu銅、Pb鉛、Sn錫、Se硒,當鋼中有害元素P、S增加時,低倍組織檢測的中心疏松、一般疏松、方形偏析的級別都在2~3級,白點、縮孔、氣泡、翻皮等缺陷也可見存在。由于價格較低,不少緊固件企業還很喜歡用。在螺栓調質時時常發生淬火裂紋的事故,主要是雜質元素和非金屬夾雜物較多引起,在熱處理時采取任何措施都不可避免開裂。對于重要的產品,建議一般不用或避免使用45#、40Cr鋼。


2、目前市場上,20MnTiB、ML20MnTiB硼鋼可制造10.9級高強度螺栓,但是進行再回火試驗后,機械性能下降的原因是什么?


螺栓在緊固件中使用量最大,制造的材料主要有鋼、不銹鋼、鈦合金和有色金屬等。目前除少量的大規格采用溫鐓(溫擠壓),切削加工制造外,大多數選擇冷鐓(冷擠壓)成型工藝制造。螺栓最終的力學性能由制造緊固件的材料品質所決定,而20MnTiB和ML20MnTiB含碳量下限均低于0.20%,不能滿足標準對材料的要求;20MnTiB鋼螺栓強度≥1040MPa、硬度在32~39HRC的要求時,是靠降低回火溫度達到的,當采用425℃再回火溫度試驗后硬度和強度下降,不能滿足標準中的最低回火溫度的性能要求。從生產實踐可以看出,螺栓的優良綜合機械性能,不但取決于熱處理工藝和金相組織,更重要的是應具有良好的化學成分匹配。


20MnTiB和ML20MnTiB鋼首先應保證碳含量在0.22%~0.24%以上,才能最大限度地提高淬透性,淬火后的硬度≥45~47HRC,以達到有效的淬硬層深度,才能滿足標準中的最低回火溫度425℃的要求。


  3、美制內六角盤頭螺釘1/4-20×1/2,材料:SCM435,機械性能12.9級,要求扭矩20N?m,熱處理后扭矩只有17~18N?m,是什么原因造成的?


這個問題很關鍵。SCM435鋼含碳量取中下限的話,這個問題解決不了,SCM435鋼其含碳量提高到中上限或采用42CrMoA、SCM440鋼后,這個問題就好解決了。為此,所有的鋼材都應根據螺栓等級選擇合適的含碳量,鋼中的碳量發生變化,淬火溫度就會變化,不僅抗拉強度、硬度會變化,而且扭矩也會變化。另外,重新調質熱處理也可滿足技術要求。


  4、用馬氏體型不銹鋼30Cr13舊牌號3Cr13制成封閉圓環彈簧片,厚度0.75mm,硬度要求39~43HRC,彈性試驗要求室溫回彈10次以上。目前的工藝能滿足硬度要求,但彈性合格率只有30%左右。在不改變材料的前提下,如何保證產品的彈性?


這涉及一個成分的問題,我們搞熱處理的如果不把成分放在第一位那是搞不好的??梢圆捎煤剂俊?.32%~0.35%的鋼材,帶狀組織偏析應控制在2級以下,其中控制非金屬夾雜物的等級,如硫化物類、氧化鋁類、球狀氧化物類均不大于1.5級(包括粗、細系)。若彈性不夠,考慮增加一道300~310℃再回火工序,然后快冷??梢栽囋?。


5、汽車上用的不銹鋼焊接螺母是采用哪種奧氏體不銹鋼牌號?


奧氏體不銹鋼具有良好的一般抗蝕性,在許多介質中具有優良的耐全面腐蝕性能,但對晶間腐蝕和應力腐蝕開裂較敏感。任何熱處理工藝都不會使其硬化;但由于N含量的增加或冷成型強化,可使鋼的力學性能有所提高。奧氏體型鋼具有良好的可焊性,也有較高的低溫沖擊韌度,還有防止脆性的高安全性。


12Cr18Ni9(SUS302)舊牌號1Cr18Ni9。一般用途的標準18-8型CrNi不銹鋼,耐腐蝕性優于同類的12Cr17Ni7(SUS301)鋼,冷加工后能使抗拉強度有很大提高,但伸長率不如12Cr17Ni7,用于通用的耐蝕螺栓,需機加工的焊接螺母、自攻螺釘。


Y12Cr18Ni9(SUS303)舊牌號Y1Cr18Ni9。在18-8型奧氏體型不銹鋼的基礎上提高含S量以提高切削加工性能,可添加Mo和Zr元素,適于批量切削加工緊固件,尤其是采用棒材加工螺母時。


022Cr19Ni10(SUS304L)舊牌號00Cr19Ni10。除強度稍低外,其他性能與06Cr19Ni10(SUS304)相同,主要用于需焊接且焊接后又不進行固溶處理的螺母。


  6、未來汽車發展的方向是輕量化、節能化、安全環保。在組裝不可成缺的螺紋連接上,追求更高設計應力,輕量化的要求,更加合理的緊固技術。為了減小高強度緊固件延遲斷裂的危險,采用何種不銹鋼制造發動機螺栓?


一般采用沉淀硬化不銹鋼也稱時效硬化鋼,基體為奧氏體或馬氏體組織,并能通過沉淀硬化處理使其硬(強)化的不銹鋼。這類鋼在具有高抗腐蝕性的同時還具有高強度;其耐腐蝕性不但與成分有關,且與熱處理密切相關,微細相的析出、時效反應對耐蝕性能都是有害的。鋼的高強度是因為最終在較低溫度下熱處理時從馬氏體相中析出金屬間化合物的結果,另因這類鋼的高強度特點,使用時也可能發生氫脆和應力腐蝕。


05Cr17Ni4Cu4Nb(SUS630)舊牌號0Cr17Ni4Cu4Nb,常用的沉淀硬化不銹鋼,它同時具有馬氏體不銹鋼的高強度和奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能,綜合性能良好,在315℃仍有高的強度和耐腐蝕性,用于既要求強度高,又要求耐腐蝕性好的汽車螺栓。07Cr17Ni7Al(SUS631)舊牌號0Cr17Ni7Al,可塑性好,易硬化,在較高溫度仍有高的強度和耐腐蝕性,特別是冷、熱變形性能優良,熱處理強化效果顯著,適于變型成形的高強度、耐腐蝕汽車螺栓。07Cr15Ni7Mo2Al(SUS632)舊牌號0Cr15N-i7Mo2Al,在07Cr17Ni7Al(SUS631)的基礎上加入合金元素鉬,以保證熱處理時得到更高的強度。


06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(SUS660)舊牌號0Cr15Ni25Ti2-MoAlVB。鐵-鎳基合金,它在高溫下同時具有高的強度和好的耐腐蝕性,切削加工性能和熱加工性能良好,可使用在650~700℃的高溫下,用于耐熱、耐腐蝕性的受力汽車發動機螺栓。


此外,馬氏體型不銹鋼是指具有較好的熱穩定性和熱強性的鋼,如42Cr9Si2和40Cr10Si2Mo鋼。在高溫下具有較高的強度,又稱馬氏體型耐熱鋼。GB/T 1221-2007 《耐熱鋼棒》標準中指的42Cr9Si2舊牌號4Cr9Si2和40Cr10Si2Mo舊牌號4Cr10Si2Mo鋼是發動機上重要螺栓材料,工作時要承受較高的機械負荷和熱負荷。


小結:


隨著冷鐓技術的發展,對冷鐓鋼的需求明顯增加。由于冷鐓緊固件設備大部分為多工位冷鐓機,其冷鐓水平相對較為穩定,對緊固件品質的影響并不很大,而主要影響因素在于冷鐓鋼的質量,其本身或固有的質量缺陷直接影響到緊固件的最終品質水平。目前,大多數緊固件企業對冷鐓鋼都有嚴格的要求,并通過各種途經和信息尋求最能適應冷鐓工藝的鋼種。生產高強度緊固件有兩大關鍵點:一是材料,二是熱處理。無論哪一點有問題,都將導致高強度緊固件的性能失效。尤其是對冷鐓汽車高強度螺栓而言,其選用材料方面更為嚴格,我國汽車緊固件用冷鐓線材的開發研究,還處于相對落后的狀態。


在生產實踐中,對使用量大的碳鋼或合金鋼、不銹鋼高強度螺栓材料標準的修訂越來越重要,也越來越緊迫。 需要對材料中S、P含量問題、脫碳層、非金屬夾雜物和酸浸低倍組織等進行探討,還有對緊固件實物質量中的碳硼鋼制造品質問題提出建議。研究和開發符合我國資源情況的質優價廉的高強度冷鐓鋼,對我國緊固件行業在國際市場競爭中取得優勢具有重要的作用。


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