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“紧固件材料和热处理”技术热点——热处理工艺与方法
来源: 日期:2019-6-18 14:27:41 浏览次数:38

1、中碳素钢ML35、35或SRWCH35K,对大于16mm8.8级的螺栓就淬不透,而改用45钢后就容易解决?

      通常8.8级螺栓用ML35、35或SRWCH35K制造,当截面大小不同时,由于淬透程度不同,虽然采用同一调质工艺,其力学性能却不尽一致。螺栓钢碳的质量分数越高,马氏体硬度越高。对于整个截面受力的螺栓淬火后,体积分数要求获得约90%的马氏体组织,表明试样临界直径全部淬透,淬透程度越高,调质后屈强比也越大。屈强比的增大意味着能达到所需要的机械性能;否则就是没淬透,淬透程度越差,机械性能也越差,将影响最终质量。

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紧固件

     碳对淬透性具有强烈的影响,在C≤0.35%时对淬透性的贡献与锰相当;当碳含量为0.37%时,钢的淬透性刚好满足技术条件的要求。当C≤0.40%时,每提高0.10%,HRC硬度值可提高6HRC。钢中的碳含量由0.32%提高至0.40%,距淬火段距离J7.5mm的HRC提高了约8HRC,达56HRC,硬度值随碳含量增加而增加。

     我们常用淬火硬度控制热处理质量就是这个道理。但是对于45钢,由于淬透性较低,只适合尺寸小于20mm的高强度螺栓。多年来,许多企业对截面直径在22~27mm的螺栓也采用45钢,而调质处理恰恰忽略了淬透性这个最重要的质量特性。由于截面尺寸效应,螺栓尺寸越大淬火后硬度越低,淬硬层越浅,金相组织表层则有大量针状和板条状马氏体,而心部依然是铁素体加珠光体组织,这时高强度螺栓的综合力学性能也越低。尺寸大于30mm时表面甚至无法得到马氏体组织。

2、高强度螺栓在输电铁塔上的应用,有何要求?

        高强钢将在输电线路上大量采用,与高强钢相匹配的高强度螺栓选型问题是供应商关心和讨论的问题之一。这一问题主要包括杆件的孔壁承压和高强螺栓抗剪切2个方面。

输电铁塔上采用的高强螺栓和土建结构及桥梁结构中使用的高强螺栓不同,其采用的是高强度粗制螺栓,其强度满足相应的级别(8.8级及以上),但加工标准还是大六角头螺栓(GB/T5780),其受剪、受拉的计算也仍然采用普通螺栓的计算公式。通常计算和选用螺栓规格时,原则上在满足受力要求和螺栓间距布置的前提下,尽量采用小直径的螺栓;在满足强度要求的前提下,尽量采用低级别的螺栓。

      对于使用Q345、Q390及以上高强钢的构件,对于小规格的角钢,6.8级螺栓较为合适;对于大规格角钢,8.8级螺栓规格经济较为合适。不推荐使用10.9级螺栓,节点板建议采用等强度钢板。Q420高强钢用在受力较大的部位,且接头螺栓大部分处于双剪状态。

      由于10.9级螺栓在酸洗除锈时容易造成氢脆断裂,且缺乏成熟的运行经验,建议不采用10.9级螺栓。4.8级螺栓和6.8级螺栓价格差别不大,而且1个6.8级螺栓可以解决许多受力不大的辅助材料的实际问题,却要用2个4.8级螺栓才能解决。因此,在铁塔中螺栓M16和M20采用6.8级热浸锌螺栓,M24螺栓宜采用8.8级热浸锌螺栓,以减少节点板,减轻塔重。

3、选用硼钢能生产高强度螺栓吗?制造10.9级高强度螺栓应注意哪方面?

     含硼钢是以锰和硼为基础代替铬钢或镍钢的低合金钢。硼元素作为合金元素加入钢中,只要有0.001%~0.002%就能显著提高淬透性,增大钢材的可淬透尺寸,提高淬火后钢材截面内组织和性能的均匀性。

      冷镦用钢一直采用中碳钢或低合金钢,这些钢变形性能差(需球化退火预处理和中间软化退火),且机械性能差、脱碳严重。而降低碳含量,提高冷镦变形能力,加硼以提高降碳而损失的淬透性,这就是使用硼钢的基本意义。

       含硼钢是以微量的硼代替数量较多的其它合金元素,因此,与淬透性水平相当的其它合金钢相比,合金总含量低,高温变形抗力小,容易塑性变形。

应注意:

①热加工对硼在固态钢中的各种存在形态之间的变化影响是最大,当钢中硼元素含量超过0.003%时,在晶界出现低熔点的Fe-C-B三元共晶,则产生热脆性而使热加工性能变坏;②硼的主要作用是提高淬透性,因此必须保证固溶硼的含量在一个合适范围,大于0.001%,以免损害淬透性,另外,硼能否起到应有的作用,在很大的程度上取决于热处理制度的选择和操作情况;                                                                                                                                                                                                                                                     ③淬火温度应根据钢的含硼量、化学成分和淬火前硼的状态等条件来选择,而不应固定不变,热处理制度中回火温度降低,会加大含硼钢螺栓的延迟断裂倾向。许多研究和实践经验还证明,含硼钢在淬火前增加正火极有好处,可以消除或减少硼相,改善含硼钢淬火、回火后的性能。

    10B21、10B28、10B33、20MnTiB及ML20MnTiB在螺栓中使用量最多,螺栓最终的力学性能由制造紧固件的材料品质所决定,而10B21、20MnTiB和ML20MnTiB含碳量下限均低于0.20%,不能满足标准对材料的要求;当螺栓强度≥1040MPa、硬度在33~39HRC的要求时,是靠降低回火温度达到的,当采用425℃再回火温度试验后硬度和强度均下降,不能满足标准中的最低回火温度的性能要求。生产实践可以看出,螺栓的机械性能,不但取决于热处理工艺和金相组织,更重要的是应具有良好的化学成分配合。

4、有何方法洗净紧固件表面的残油?

        谈不上清洗好方法,主要是针对冷镦加工或切削加工时紧固件表面附着的冷却油残油、热处理油中淬火后紧固件表面残油的清洗。

①碱水清洗法

       最简单的碱水清洗是直接加热或间接加热式的清洗槽,清洗液是3%~10%的N2CO3或NaOH水溶液。对渗碳或碳氮共渗的自攻螺钉,回火前的中间清洗多用加热到50~70℃的5%~10%的碳酸钠溶液。连接式网带炉即属于此类。紧固件清洗一般采用喷淋和浸入双重方式,若用热水冲洗效果更好,最后利用高压气流进行干燥。碱水清洗方法最主要缺点是清洗效果不太好,尤其是紧固件的盲孔和凹槽部易有污斑和残留物。对于碱水清洗产生的废水必须进行中和处理,并回收废油,达到相关环保要求方可排放。

②金属清洗剂清洗方法

       为克服碱水清洗方法的缺点,提高清洗效果,目前可采用专用金属清洗剂,将清洗剂在40~70℃的水中稀释成1%~3%溶液,将紧固件在溶液中浸泡15~20min,然后用热水漂洗,最后用脱水机进行脱水处理。可加入清洗机内使用。金属清洗剂清洗方法的缺点是价格贵,并有难闻的气味,对紧固件有一定的腐蚀作用,废水污染环境,因此,必须对废水进行处理,并回收废油。

③有机溶剂清洗方法

     采用三氯乙烷、三氯乙烯等有机溶剂清洗,清洗效果佳。在常压下以浸泡或喷淋方式清洗淬火紧固件时,有机溶剂的挥发和飞溅污染环境。为此,应用密闭减压溶剂真空清洗法的全套装置,利用真空泵把空气排出,紧固件在没有空气情况下和高密度的溶剂蒸汽接触,进一步提高清洗效果,并靠真空蒸馏回收溶剂和油。回收后的油中溶剂含量由20%降至4%以下,低于三氯乙烯环境卫生规定的50ppm。

④燃烧脱脂法

      冷镦或机加工的紧固件在进入热处理工序之前,需要清洗掉表面的油类。为此,可把紧固件在脱脂炉内加热至350~400℃使油份汽化或燃烧,以达到紧固件去油的目的或表面除磷的效果。燃烧脱脂法仅适用于热处理前的清洗,也能清洗冷却油、防锈液等轻质、低粘度及低沸点油类。高粘度、高沸点的重质淬火油燃烧后会有大量残留物和碳黑附着在紧固件表面,达不到清洗目的。

     对于要求表面高度清洁的紧固件如航空螺栓、汽车发动机连杆螺栓等,目前采用真空或超声波等高级清洗技术,以代替常用的对大气臭氧层具有破坏作用的含氯烃类物质作为溶剂的清洗方法,可以实现高效环保清洗。


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