螺栓的熱處理方法

1、螺栓的熱處理方法【慧聰表面處理網】螺栓加工工藝為：熱軋盤條-（冷撥）-球化（軟化）退火-機械除鱗-酸洗-冷撥-冷鍛成形-螺紋加工-熱處理-檢驗一，鋼材設計：在緊固件制造中，正確選用緊固件材料是重要一環(huán)，因為緊固件的性能和其材料有著密切的關系。如材料選擇不當或不正確，可能造成性能達不到要求，使用壽命縮短，甚至發(fā)生意外或加工困難，制造成本高等，因此緊固件材料的選用是非常重要的環(huán)節(jié)。冷鍛鋼是采用冷鍛成型工藝生產的互換性較高的緊固件用鋼。由于它是常溫下利用金屬塑性加工成型，每個零件的變形量很大，承受的變形速度也高，因此，對冷鍛鋼原料的性能要求十分嚴格。在長期生產實踐和用戶使用調研的基礎上，結合GB/T

2、6478-2001冷徽和冷擠壓用鋼技術條件GB/T699-1999優(yōu)質碳素結構鋼及日本JISG3507-1991冷鍛鋼用碳素鋼盤條的特點，以8.8級，9.8級螺栓螺釘的材料要求為例，各種化學元素的確定。C含量過高，冷成形性能將降低；太低則無法滿足零件機械性能的要求，因此定為0.25%-0.55%。Mn能提高鋼的滲透性，但添加過多則會強化基體組織而影響冷成形性能；在零件調質時有促進奧氏體晶粒長大的傾向，故在國際的基礎上適當提高，定為0.45%-0.80%。Si能強化鐵素體，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定為Si小于等于0.30%。S.P為雜質元素，它們的存在會沿晶界產生偏析，導致晶界脆化，損

3、害鋼材的機械性能，應盡可能降低，定為P小于等于0.030%,S小于等于0.035%。B.含硼量最大值均為0.005%,因為硼元素雖然具有顯著提高鋼材滲透性等作用，但同時會導致鋼材脆性增加。含硼量過高，對螺栓，螺釘和螺柱這類需要良好綜合機械性能的工件是十分不利的。二,千化（軟化）退火：沉頭螺釘，內六角圓柱頭螺栓采用冷徽工藝生產時，鋼材的原始組織會直接影響著冷鍛加工時的成形能力。冷徽過程中局部區(qū)域的塑性變形可達60%-80%,為此要求鋼材必須具有良好的塑性。當鋼材的化學成分一定時，金相組織就是決定塑性優(yōu)劣的關鍵性因素，通常認為粗大片狀珠光體不利于冷徽成形，而細小的球狀珠光體可顯著地提高鋼材塑性變形

4、的能力。對高強度緊固件用量較多的中碳鋼和中碳合金鋼，在冷徽前進行球化（軟化）退火，以便獲得均勻細致的球化珠光體，以更好地滿足實際生產需要。對中碳鋼盤條軟化退火而言，其加熱溫度多選擇在該鋼材臨界點上下保溫，加熱溫度一般不能太高，否則會產生三次滲碳體沿晶界析出，造成冷徽開裂，而對于中碳合金鋼的盤條采用等溫球化退火，在AC1+（20-30%）加熱后，爐冷到略低于Ar1,溫度約700攝氏度等溫一段時間，然后爐冷至500攝氏度左右出爐空冷。鋼材的金相組織由粗變細，由片狀變球狀，冷鍛開裂率將大大減少。3545ML35SWRCH35K鋼軟化退火溫度一般區(qū)域為715-735攝氏度。三，剝殼除鱗：冷鍛鋼盤條去除

5、氧化鐵板工序為剝亮,除鱗，有機械除鱗和化學酸洗兩種方法。用機械除鱗取代盤條的化學酸洗工序，既提高了生產率，又減少了環(huán)境污染。此除鱗過程包括彎曲法（普遍使用帶三角形凹槽的圓輪反覆彎曲盤條），噴九法等，除鱗效果較好，但不能使殘余鐵鱗去凈（氧化鐵皮清除率為97%）,尤其是氧化鐵皮粘附性很強時，因此，機械除鱗受鐵皮厚度，結構和應力狀態(tài)的影響，使用于低強度緊固件（小于等于6.8級）用的碳鋼盤條。高強度緊固件（大于等于8.8級）用盤條在機械除鱗后，為除凈所有的氧化鐵皮，再經化學酸洗工序即復合除鱗。對低碳鋼盤條而言，機械除鱗殘留的鐵皮容易造成粒拔模不均勻磨損。當粒拔?？子捎诒P條鋼絲摩擦外溫時粘附上鐵皮，使盤

6、條鋼絲表面產生縱向粒痕，盤條鋼絲冷徽凸緣螺栓或圓柱頭螺釘時，頭部出現微裂紋的原因，95%以上是鋼絲表面在拉拔過程中產生的劃痕所引起。因此，機械除鱗法不宜用來高速拉拔。四，拉拔:拉拔工序有兩個目的，一是改制原材料的尺寸；二是通過變形強化作用使緊固件獲得基本的機械性能，對于中碳鋼，中碳合金鋼還有一個目的，即是使盤條控冷后得到的片狀滲碳體在拉拔過程中盡可能的Crack,為隨后的球化（軟化）退火得到粒狀滲碳體做好準備，然而，有些廠家為降低成本，任意減少拉拔道次，過大的減面率增加了盤條鋼絲的加工硬化傾向，直接影響了盤條鋼絲的冷徽性能。如果各道次的減面率分配不合適，也會使盤條鋼絲在拉拔過程中產生扭轉裂紋，

7、這種沿鋼絲縱向分布，周期一定的裂紋在鋼絲冷徽過程中暴露。止匕外，拉拔過程中如潤滑不好，也可造成冷拔盤條鋼絲有規(guī)律地出現橫裂紋。盤條鋼絲出出粒絲?？谏暇硗瑫r的切線方向與拉絲模不同心，會造成拉絲模單邊孔型的磨損加劇，使內孔失圓，造成鋼絲圓周方向的拉拔變形不均勻，使鋼絲的圓度超差，在冷徽過程中鋼絲橫截面應力不均勻而影響冷徽合格率。盤條鋼絲拉拔過程中，過大的部分減面率使鋼絲的表面質量惡化，而過低的減面率卻不利于片狀滲碳體的破碎，難以獲得盡可能多的粒狀滲碳體，即滲碳體的球化率低，對鋼絲的冷徽性能極為不利，采用拉拔方式生產的棒料和盤條鋼絲，部分減面率直控制在10%-15%的范圍內。五，冷鍛：成形通常，螺栓

8、頭部的成形采用冷鍛塑性加工，同切削加工相比，金屬纖維（金屬留線）沿產品形狀呈連續(xù)狀，中間無切斷，因而提高了產品強度，特別是機械性能優(yōu)良。冷鍛成形工藝包括切料與成形，分單工位單擊，雙擊冷徽和多工位自動冷徽。一臺自動冷鍛機分別在幾個成型凹模里進行沖壓，徽鍛，擠壓和縮徑等多工位工藝。單工位或多工位自動冷徽機使用的原始毛坯的加工特點是由材料尺寸長5-6米的棒料或重量為1900-2000KG的盤條鋼絲的尺寸決定的，即加工工藝的特點在于冷鍛成型不是采用預先切好的單件毛坯，而是采用自動冷徽機本身由棒料和盤條鋼絲切取和徽粗的（必要時）毛坯。在擠壓型腔之前，毛坯必須進行整形。通過整形可得到符合工藝要求的毛坯。在

9、鍛鍛，縮徑和正擠壓之前，毛坯不需整形。毛坯切斷后，送到徽粗整形工位。該工位可提高毛坯的質量，可使下一個工位的成型力降低15-17%,并能延長模具壽命，制造螺栓可采用多次縮徑。1.用半封閉切料工具切割毛坯，最簡單的方法是采用套筒式切料工具；切口的角度不應大于3度；而當采用開口式切料工具時，切口的斜角可達5-7度。2.短尺寸毛坯在由上一個工位向下一個成型工位傳遞過程中，應能翻轉180度，這樣能發(fā)揮自動冷徽機的潛力，加工結構復雜的緊固件，提高零件精度。3.在各個成型工位上都應該裝有沖頭退料裝置，凹模均應帶有套筒式頂料裝置。4.成型工位的數量（不包括切斷工位）一般應達到3-4個工位（特殊情況下5個以上

10、）。5.在有效使用期內，主滑塊導軌和工藝部件的結構都能保證沖頭和凹模的定位精度。6.在控制選料的擋板上必須安裝終端限位開關，必須注意鍛鍛力的控制。在自動冷徽機上制造高強度緊固件所使用的冷撥盤條鋼絲的不圓度應在直徑公差范圍內，而較為精密的緊固件，其鋼絲的不圓度則應限制在1/2直徑公差范圍內，如果鋼絲直徑達不到規(guī)定的尺寸，則零件的徽粗部分或頭部就會出現裂痕，或形成毛刺，如果直徑小于工藝所要求的尺寸，則頭部就會不完整，棱角或漲粗部分不清晰。冷徽成型所能達到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關。止匕外，它還取決于所用的設備的結構特點，工藝特點及其狀態(tài)，工模具精度，壽命和磨損程度。冷徽成型和擠壓使

11、用的高合金鋼，硬質合金模具的工作表面粗糙度不應大Ra=0.2um,這類模具工作表面的粗糙度達到Ra=0.025-0.050um時，具有最高壽命。六，螺紋加工：螺栓螺紋一般采用冷加工，使一定直徑范圍內的螺紋坯料通過搓（滾）絲板（模），由絲板（滾模）壓力使螺紋成形?？色@得螺紋部分的塑性流線不被切斷，強度增加，精度高，質量均一的產品，因而被廣泛采用。為了制出最終產品的螺紋外徑，所需要的螺紋坯徑是不同的，因為它受螺紋精度，材料有無鍍層等因素限制。滾（搓）壓螺紋是指利用塑性變形使螺紋牙成形的加工方法。它是用帶有和被加工的螺紋同樣螺距和牙形的滾壓（搓絲板）模具，一邊擠壓圓柱形螺坯，一邊使螺坯轉動，最終將滾

12、壓模具上的牙形轉移到螺坯上，使螺紋成形。滾（搓）壓螺紋加工的共同點是滾動轉數不必太多，如果過多，則效率低，螺紋牙表面容易產生分離現象或者亂扣現象。反之，如果轉數太少，螺紋直徑容易失圓，滾壓初期壓力異常增高，造成模具壽命縮短。滾壓螺紋常見的缺陷：螺紋部分表面裂紋或劃傷；舌L扣；螺紋部分失圓。這些缺陷若大量發(fā)生，就會在加工階段被發(fā)現。如果發(fā)生的數量較少，生產過程注意不到這些缺陷就會流通到用戶，造成麻煩。因此，應歸納加工條件的關鍵問題，在生產過程控制這些關鍵因素。七，熱處理：高強度緊固件根據技術要求都要進行調質處理。熱處理調質是為了提高緊固件的綜合機械性能，以滿足產品規(guī)定的抗拉強度值和屈強比。熱處理

13、工藝對高強度緊固件尤其是它的內在質量有著至關重要的影響，因此，要想生產出優(yōu)質的高強度緊固件，必須要有先進的熱處理技術裝備。由于高強度螺栓生產量大，價格低廉，螺紋部分又是比較細微相對精密的結構，因此，要求熱處理設備必須具備生產能力大,自動化程度高，熱處理質量好的能力。進入20世紀90年代以來帶有保護氣氛的連續(xù)式熱處理生產線已占主導地位，震底式，網帶爐尤其適用于中小規(guī)格緊固件的熱處理調質。調質線除了爐子密封性能好以外，還具有先進的氣氛，溫度和工藝參數計算機控制，設備故障報警和顯示功能。高強度緊固件從上料-清洗-加熱-淬火-清洗-回火-著色到下線，全部自動控制運行，有效保證了熱處理質量。螺紋的脫碳會

14、導致緊固件在未達到機械性能要求的抗力時先發(fā)生脫扣，使螺紋緊固件失效，縮短使用壽命。由于原料的脫碳，如果退火不當，更會使原材料脫碳層加深。調質熱處理過程中，一般會從爐外帶進來一些氧化氣體。棒料鋼絲的鐵銹或冷拔后盤條鋼絲表面上的殘留物，入爐加熱后也會分解，反應生成一些氧化性氣體。例如，鋼絲的表面鐵銹，它的成分是碳酸鐵及氫氧化物，在加熱后將分解成CO2及H2O,從而加重了脫碳。研究表明，中碳合金鋼的脫碳程度較碳鋼嚴重，而最快的脫碳溫度在700-800攝氏度之間。由于鋼絲表面的附著物在一定條件下分解化合成CO2和H2O的速度很快，如果連續(xù)式網帶爐爐氣控制不當，也會造成螺絲脫碳超差。高強度緊固件當采用冷

15、徽成形時，原材料和退火的脫碳層不但仍然存在，而且被擠壓到螺紋的頂部，對于需要淬火的緊固件表面，得不到所要求的硬度，其機械性能（特別是強度和耐磨性）降低。另外，鋼絲表面脫碳，表層與內部組織不同而具有不同的膨脹系數，淬火時有可能產生表面裂紋。為此，在淬火加熱時要保護螺紋頂部不脫碳，還要對原材料已脫碳的緊固件進行適度的覆碳，把網帶爐中的保護氣氛的優(yōu)勢調到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等，使已脫碳的緊固件慢慢恢復到原來的含碳量，碳勢設定在0.42%-0.48%為宜，覆碳溫度與淬火加熱相同，不能在高溫下進行，以免晶粒粗大，影響機械性能。緊固件在調質淬火過程中可能出現的質量問題主要有：淬火態(tài)硬度不足；淬火

16、態(tài)硬度不均；淬火變形超差；淬火開裂?，F場出現的這類問題往往與原材料，淬火加熱和淬火冷卻有關，正確制訂熱處理工藝，規(guī)范生產操作過程，往往可以避免此類質量事故。八，結語：綜上所述，影響高強度緊固件品質的工藝因素有鋼材設計，球化退火，剝殼除鱗，拉撥，冷徽成形，螺紋加工，熱處理等方面，有時則是諸種因素的疊加。我們知道，緊固件缺陷正是由于產品質量特征的波動性造成的，只有對產品制造流程中的工藝因素準確了解，由此產生持續(xù)改進品質的巨大原動力，才能通過質量的不斷提升獲得更多的利潤和更強的競爭力！螺栓熱處理常見缺陷及應對措施2009年12月12日摘要：本文介紹了螺栓熱處理過程中的常見缺陷，并分析了引起這些缺陷的

17、內在和外在的原因。特別列舉了水溶性淬火介質可能引起暖處理缺陷的原因。建議在使用過程中做好檢測和維護。最后，根據不同的暖處理缺陷，提出了相應的解決措施，但是，通常熱處理缺陷是多種工藝因素共同作用的結果，在實際生產中要進行綜合協(xié)調。關鍵詞：緊固件；螺栓；熱處理；缺陷；淬火介質螺栓是一種重要的緊固件。廣泛用于機床、通用機械、汽車、工程機械、電力工程、石油化工、橋梁、軌道車輛礦山機械、建筑等領域。在我們的日常生活中也經常見到，其產品質量和可靠性對主機工作性能和結構安全性起著重要作用。根據螺栓的機械性能分為高強度螺栓和普通螺栓，高強度螺栓主要是指機械性能等級）8.8的螺栓。這些產品主要采用低、中碳合金（

18、如含硼或鎰或銘）鋼或中碳鋼優(yōu)質材料制造，除個別品種規(guī)格外，都要進行經淬火并回火處理，具有較高的力學性能和使用性能，常用于要求較高的場合1。1螺栓暖處理技術要求熱處理是高強度螺栓生產的關鍵工序，決定了螺栓的最終使用性能，可以使高強度緊固件獲得設計所要求的。具有一定強度、良好的塑性、韌性和低的缺口敏感性以及較高的抗彎強度。避免產生松馳現象等綜合力學性能及使用性能。從而保證緊固件產品的質量和可靠性，提高產品的市場競爭力2。高強度螺栓的力學性能要求如表1所示。2螺栓熱處理常見缺陷及影響因素螺栓熱處理缺陷有很多種，如表面硬度不足、軟點、抗拉強度不足、變形較大、淬火開裂、表面氧化等。其中淬火開裂是一種最為

19、危險的熱處理缺陷。直接造成了產品的報廢。影響熱處理缺陷的因素有很多。如鋼的淬透性、奧氏體的化學成分、淬火加熱溫度、介質冷卻速度、原始組織、工件形狀、殘余應力及其分布、加暖設備及氣氛等3-6o鋼的化學成分、淬透性鋼的含碳量決定了其淬硬性。奧氏體中的含碳量越低，熱應力相對于組織應力就越大；反之，碳含量越高，組織應力的作用就越大。合金元素能顯著改善鋼的淬透性。若鋼的淬透性較好，工件易淬透，其組織應力和比容差效應的作用相對較大，介質冷速過快時容易出現淬火開裂現象；若鋼的淬透性較差，工件不易淬硬，介質冷速過慢時，很容易出現軟點或硬度不足的現象。淬火溫度提高碳鋼和低合金鋼的淬火溫度。不僅會使熱應力增加，而

20、且由于淬透性增加，也會使組織應力增加，最終增大變形開裂的傾向。過高的淬火溫度容易引起翹曲，對于細長的螺栓，在保證性能指標的前提下，盡量采用較低的淬火溫度。原始組織及殘余應力淬火前的原始組織也會對熱處理性能造成很大的影響，原始組織包括夾雜物等級、帶狀組織、原始晶粒度、成分偏析程度、游離碳化物質點分布方向以及不同預備熱處理所得到的不同組織等等。淬火前的殘余應力大小及分布也會影響淬火后產品的性能，例如機加工、鍛造、焊接、校正等均能產生殘余應力。如果淬火前不進行退火來消除，則變形開裂的傾向就會增大。螺栓在打頭、切變和搓絲過程中容易造成大的機加應力，對于低合金螺栓（如40Cr、40CrMo等）一般采用熱

21、打的方式，大規(guī)格的碳鋼螺栓（如35k、ML35、35）則要求材料要有較好的加工性能。如進行退火處理。避免形成大的殘余應力，最終導致變形開裂。介質冷卻速度冷卻速度越快，淬火內應力就越大，變形開裂的傾向也越大，其中熱應力主要決定于Ms以上的冷卻速度，而組織應力主要取決于Ms點以下的心灰意冷卻速度。介質的冷卻能力主要取決于其物理特性。如粘度、熱容、潤濕性等，但是溫度、攪拌和濃度（水基）等工藝參數對冷卻能力影響也很大，選擇不當，必然會造成熱處理缺陷。針對碳鋼緊固件，大多數采用水基的淬火介質。但是其比淬火油工藝參數多。對于工藝和操作人員的要求較高，使用過程中需做好維護和檢測。水基產品常見的問題3:介質濃

22、度太低濃度過低很容易造成變形開裂的缺陷，需要加強濃度檢測，并及時進行調整。目前。生產現場的濃度檢測主要采用折光儀，由于污染和介質老化等原因，折光系數會降低，如果采用新液的折光系數濃度就會被高估。例如。折光儀讀數為6,新液的折光系數為2.5,認為濃度是6x2.5=15%,而若實際濃度只有6x1.5=9%,濃度被高估了6%。這是很危險的。介質的溫度太低或太高水溶性淬火介質的液溫對心灰意冷卻特性影響較大，使用時應該配備好循環(huán)意氣消沉卻系統(tǒng)，以便在使用中調節(jié)槽液溫度。溫度太高或太低都可能造成工件變形和開裂。聚二醇(PAG)類水溶性淬火介質具有獨特的逆溶性，即在水中的溶解度隨溫度升高而降低。介質溫度升高

23、后，蒸發(fā)增多，蒸汽膜階段大幅延長，最大心灰意冷速下降，一般使用溫度都必須小于60C,當溫度過高時會出現PAG與水分離現象，冷卻特性的會發(fā)生極大變化，最終導致熱處理缺陷。介質老化淬火冷卻過程是相當惡劣的使用環(huán)境，氧化降解、熱降解、機械降解等會促使PAG分子鏈斷裂變短。分子鏈變短意味著粘度變小，而對流意氣消沉階段卻(低溫冷卻)與介質的流動性(粘度)密切相關。粘度變小，對流冷卻速度加快。所以雖然在保證相同濃度的情況下，隨著時間的延長粘度不斷變小，導致低溫冷速不斷變快，將增加變形開裂的傾向。介質污染對于水溶性淬火介質，必須嚴格避免外來污染，特別是易乳化的油品混入槽液中會使水劑乳化，使其意氣消沉卻特性發(fā)

24、生很大的變化。但是其自身的污染也要引起足夠的重視，第一，長期補充自來水過程中水中的溶解物質逐漸集聚在淬火介質中。導致折光儀測量的濃度值偏高。第二。來自內部和外部變質產物中能使淬火意氣消沉卻的蒸汽膜階段延長的污染物。第三。淬火時工件對加入的淬火劑(溶質)的不平衡帶出。攪拌不當介質的攪拌應能使介質均勻流暢地流動，消除停滯不流區(qū)。加大攪拌能夠更快的破壞蒸汽膜階段，使冷卻均勻。攪拌不足，容易出現硬度不足、軟點等缺陷；攪拌速度過大容易混入空氣而造成意氣消沉卻不均勻，也容易引發(fā)變形、硬度不均勻等缺陷。網帶爐生產線大都采用螺旋槳攪拌，必須插入到液面下一定深度，不得小于300mm,另外。嚴禁采用壓縮空氣入行攪

25、拌，它不僅促使氣體參與熱交換，致使意氣消沉卻不均勻從而變形加劇以至淬火開裂產生；而且加速了介質的老化和污染，縮短了其使用壽命。3螺栓常見缺陷的應對措施表面硬度不足、軟點、抗拉強度不足(1)對于水基淬火介質。可以降低PAG淬火液濃度或提高鹽類淬火液的濃度，以加快冷卻速度；(2)降低淬火介質的溫度；(3)加大循環(huán)和攪拌，以提高淬火烈度；(4)提高淬火溫度，延長保溫時間。使組織充分奧氏體體化；(5)選用含碳量更高的鋼種或淬透性更好的鋼種。如果表面脫碳。也會造成表面硬度不足?？梢酝ㄟ^增加表面的磨削量，并對比前后硬度變化來驗證。若表面脫碳，需提高加熱爐碳勢。變形較大、淬火開裂等(1)對于水基淬火介質，可以提高PAG淬火液濃度或降低鹽