與熱處理技術(shù)相關(guān)的熱點(diǎn)技術(shù)

1非金屬夾雜物對高強(qiáng)度螺栓有哪些影響？非金屬夾雜物在鋼中主要以氧化物和硫化物的形式存在。根據(jù)GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》，非金屬夾雜物按JK圖評定（A類硫化物、B類氧化鋁類、C類硅酸鹽類、D類球狀氧化物類和DS類單顆粒球狀類）。鋼中的夾雜物通常對其性能是有害的，會造成鋼的組織不均勻；夾雜物往往是裂紋源，因而鋼中夾雜物是鋼的斷裂韌性重要影響因素，其中條狀MnS影響最為明顯。它的存在割裂了金屬的連續(xù)性，剝落后就成為凹坑或裂紋，在冷鐓成形時極易形成裂紋源，熱處理時易造成應(yīng)力集中，產(chǎn)生淬火裂紋。因此，高強(qiáng)度緊固件對夾雜物應(yīng)嚴(yán)格控制，鑒于我國鋼材標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077、GB/T6478暫未對夾雜物做出明確要求。C類（硅酸鹽類）和D類（球狀氧化物類）對熱處理的影響最大，硅酸鹽夾雜物應(yīng)不大于1.5級，球狀氧化物夾雜應(yīng)不大于2級為佳；對氧化物和硫化物夾雜物之和應(yīng)不大于3級。鋼中的夾雜物的形狀和分布可以影響高強(qiáng)度螺栓的綜合性能。熱處理如果改變鋼中的夾雜物形狀和分布，則夾雜物在熱處理前后對材料會產(chǎn)生不同的影響。如果熱處理不改變夾雜物形狀和分布，只引起基體組織變化，則需要考慮夾雜物對熱處理過程中基體組織變化的影響。在熱處理過程中，夾雜物對組織的影響主要是促進(jìn)鐵素體形核，從而有效分割晶粒，細(xì)化組織。實(shí)踐證明，經(jīng)過熱處理后，雖然夾雜物的大小、級別、狀態(tài)有所改變，但原材料組織不良的情況不可能根本改觀，會繼續(xù)遺留下來，因此對高強(qiáng)度螺栓沖擊試驗(yàn)的影響較大，往往造成低溫沖擊功不合格。這個問題很關(guān)鍵。重新調(diào)質(zhì)熱處理也不能滿足技術(shù)要求。2對于鋼結(jié)構(gòu)M82以上大規(guī)格10.9級高強(qiáng)度螺栓，采用什么鋼材？這涉及一個成分和淬透性的問題，現(xiàn)在常用的42CrMo、B7、40CrNiMoA鋼，目前的工藝能滿足硬度及強(qiáng)度要求，但對于其它性能如斷后伸長率、沖擊韌性就難達(dá)到要求。一般用34CrNi3Mo鋼，34CrNi3Mo鋼為大截面調(diào)質(zhì)用合金鋼，它的化學(xué)成分為0.30%～0.40%C、0.17%～0.37%Si0.、50%～0.80%Mn、0.70%～1.10%Cr、0.25%～0.40%Mo、2.75%～3.25%Ni。油淬臨界直徑可達(dá)φ60～80mm，淬透性優(yōu)點(diǎn)，其他鋼種無法比擬。34CrNi3Mo鋼的臨界點(diǎn)溫度Ac1=725℃、Ac3＝790℃，淬火溫度選擇在860～880℃水溶液冷卻、880～900℃快速淬火油冷卻；對于10.9級螺栓回火溫度，一般在560～590℃回火水冷。高強(qiáng)度螺栓規(guī)定了螺紋截面的芯部在“淬硬”狀態(tài)、回火前獲得約90%的馬氏體組織要求。為了保證淬透性，對于直徑大于φ50mm，淬火介質(zhì)選用影響最大，當(dāng)油淬火時不能滿足機(jī)械性能要求，則必須采用水淬，原則是在不淬裂的前提下盡量采用水溶液。因?yàn)樗阌休^多的優(yōu)點(diǎn)，如有較深的淬硬層、較優(yōu)的機(jī)械性能、生產(chǎn)成本低等。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?.34%～0.38%的鋼材,帶狀組織偏析應(yīng)控制在1.5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(xì)系）。若沖擊韌性不夠，考慮增加一道580～600℃再回火工序，然后快冷。3什么是五害元素？對冷鐓鋼有何危害？H、O、N、P和S稱為“五害元素”，嚴(yán)重危害緊固件用的冷鐓鋼。對于緊固件企業(yè)而言，對緊固件生產(chǎn)用鋼的檢測就十分必要。五害元素的減少，使冷鐓鋼中有可能成為裂紋源的硫化物、氧化物及氮化物夾雜在晶內(nèi)及晶界的數(shù)量減少，從而使晶界弱化作用降低，斷裂韌性和沖擊韌性提高。研究表明，在含有0.60%～0.90%Mn冷鐓鋼中，S主要形成MnS夾雜，MnS夾雜在鋼的基體中相當(dāng)于裂紋源，S和P元素在晶界的偏析使晶界弱化，因此，S和P含量的增加降低了鋼的塑性，使鋼的斷面收縮率降低。鋼中N主要生成氮化物夾雜，因而N的增加使鋼的斷面收縮率明顯降低，而斷后伸長率變化不大。O在鋼中主要形成氧化物夾雜，O增加使氧化物夾雜增多，鋼的斷面收縮率明顯降低。H在鋼中會產(chǎn)生白點(diǎn)、點(diǎn)狀偏析等缺陷，隨著H含量降低缺陷減少，斷面收縮率明顯升高。對大規(guī)格高強(qiáng)度螺栓用鋼而言，減少五害元素，從而減少非金屬夾雜物的含量及夾雜元素在晶界的偏聚，增大裂紋形核和擴(kuò)展阻力，對保證螺栓正常服役十分有效。4鋼的晶粒度如何評定？鋼的晶粒大小與所處熱處理狀態(tài)有關(guān)。晶粒度是奧氏體化溫度和時間的函數(shù)，評定的不是在某任意規(guī)定溫度下的晶粒大小，而是在熱處理中實(shí)際執(zhí)行奧氏體化的條件下晶粒的大小，這就是常規(guī)的“奧氏體晶粒度”。奧氏體晶粒度就是指“奧氏體的實(shí)際晶粒度”；也就是鋼在實(shí)際使用時，經(jīng)奧氏體化處理所得到奧氏體晶粒度。GB/T6394-2013《金屬平均晶粒度測定方法》中涉及到的“奧氏體晶粒度”也就是“奧氏體的實(shí)際晶粒度”。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬組織的平均晶粒度表示及評定方法；本方法主要適用于單相晶粒組織，但經(jīng)具體規(guī)定后也適用于多相或多組元的試樣中特定類型的晶粒平均尺寸的測量。晶粒度是指晶粒大小的量度，通常使用長度、面積或體積來表示不同方法的評定或測量晶粒大小。真正影響鋼材使用的是鋼的奧氏體的實(shí)際晶粒度，而不是“本質(zhì)晶粒度”。通過適當(dāng)?shù)娘@示方法將晶粒顯現(xiàn)出來，視晶粒分布情況與狀態(tài)采用相應(yīng)的測量方法，美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)就設(shè)有一系列測量方法的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行的GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測定方法》就是參照美國ASTME112制定的；與GB/T24177-2009《雙重晶粒度表征與測量方法》（參照ASTME1181制定的）和JB/T4290-2012《金相檢測面上最大晶粒尺寸級別（ALA晶粒度）測定方法》(等同采用ASTME930-99(2007)等標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，形成完整的晶粒度測定方法標(biāo)準(zhǔn)體系,更好地與國際接軌，將組成完整晶粒度測量標(biāo)準(zhǔn)系列。標(biāo)準(zhǔn)中使用晶粒面積、晶粒直徑、截線長度的單峰分布來測量試樣的平均晶粒度。這些分布近似正態(tài)分布。測量方法僅適用于平均晶粒度的測量，不適用于試樣三維晶粒度的測量，即立體晶粒的測量。鋼的晶粒度是很重要的檢測指標(biāo)，對重要緊固件是必檢項(xiàng)目。鋼的晶粒度對沖擊吸收能量值影響很大。5什么是回爐鋼、回硫鋼？GB/T699、JISG4051、JISG3507～3509、SAEJ403標(biāo)準(zhǔn)系列優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；GB/T6478標(biāo)準(zhǔn)系列等冷鐓冷擠壓用鋼在緊固件企業(yè)使用量最大。對于此類鋼材緊固件，不論在過去還是現(xiàn)在它仍然擔(dān)當(dāng)著重要角色。尤其是冷鐓鋼是靠冷鐓成型制造螺栓、螺母、螺釘、鉚釘、銷釘?shù)染o固件，冷擠壓鋼是通過冷擠壓工藝制造汽車、自行車等機(jī)械零件，又稱鉚螺鋼。冷鐓和冷擠壓是在常溫下利用金屬塑性成形的，代替機(jī)加工，不但效率高、質(zhì)量好，而且用料省、成本低(降低l0%～30%)。當(dāng)代我國在冶煉技術(shù)上有了進(jìn)一步發(fā)展，由于對資源的節(jié)約，使用廢鋼回爐冶煉的鋼品種有一定增加。轉(zhuǎn)爐煉鋼使用80%以上的鐵水，即使是電弧爐也可以使用超過60%的鐵水，采用鐵水預(yù)脫硫技術(shù)用于冷鐓鋼或高純凈度鋼，此時如果不在鋼包精煉或真空脫氣后實(shí)施回硫工藝，鋼中硫含量分別為0.005%～0.015%、0.010%～0.030%、0.025%～0.040%、0.030%～0.045%等區(qū)間。硫含量越高，鋼的切削性能越好；硫含量越高，鋼件的鍛造流線越嚴(yán)重，橫向性能下降越明顯。在冷鐓變形部位，如果金屬產(chǎn)生激烈的橫向流動，將導(dǎo)致絲線狀、棒狀硫化物的扁平化，加劇硫化物分割基體的作用，使螺栓頭部或螺母六角部分、支承面出現(xiàn)微小裂縫，增加淬火可裂或磨削開裂的傾向。在相同性能等級的螺栓零件，回爐鋼、回硫鋼與冷鐓鋼比少了一次820～880℃的低溫奧氏體重結(jié)晶工藝，其晶粒比冷鐓鋼的粗大，是導(dǎo)致其韌性差的另一重要原因。因此，對高強(qiáng)度螺栓等不宜采用回爐鋼、回硫鋼。GB/T3098.1-2010標(biāo)準(zhǔn)中對8.8級～10.9級的螺栓使用的材料有明確規(guī)定，對于需要熱處理的高強(qiáng)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，不允許向鋼中添加鈣或鈣合金，應(yīng)采取一切合理的措施，防止從生產(chǎn)所用的廢鋼或其它合金材料中帶進(jìn)影響淬透性、力學(xué)性能和使用性能的元素。在我國大量使用的45#、40Cr鋼往往殘余合金元素過多，控制非常困難，特別是一些難于在冶煉中去除的雜質(zhì)元素，S、P的含量一般都在0.025%～0.035%或更多，還有其他的雜質(zhì)Cu銅、Pb鉛、Sn錫、Se硒，當(dāng)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、方形偏析的級別將在2～3級，白點(diǎn)、縮孔、氣泡、翻皮等缺陷也可見存在。此類鋼材由于價格較低，不少緊固件企業(yè)還很喜歡采用。在螺栓調(diào)質(zhì)時常有淬火裂紋的事故，主要是雜質(zhì)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(chǎn)品，建議一般不用或少用45#、40Cr鋼。6高強(qiáng)度螺栓調(diào)質(zhì)后為什么要進(jìn)行金相檢驗(yàn)？GB/T3098.1—2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》強(qiáng)調(diào)對8.8級及以上產(chǎn)品的材料要求應(yīng)有足夠的淬透性，以確保螺栓螺紋截面的芯部在淬硬狀態(tài)、回火前獲得約90%的馬氏體。生產(chǎn)上常以硬度來衡量螺栓淬火后的回火轉(zhuǎn)變程度，為達(dá)到良好的淬透性，對10.9級及以上高強(qiáng)度螺栓而言，淬火組織的均勻性尤為重要。一些企業(yè)在熱處理淬火時，沒有達(dá)到鋼材馬氏體可能得到的最高硬度，即沒有獲得最大淬硬性（鋼淬火時的硬化能力），只是通過調(diào)整回火溫度，降低回火溫度來保證螺栓的最低抗拉強(qiáng)度值，以此來掩蓋不良熱處理質(zhì)量。為此，GB/T3098.1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定螺栓回火前獲得約90%的馬氏體組織是很有必要的。淬火后馬氏體的粗細(xì)可按JB/T9211-2008《中碳鋼與中碳合金結(jié)構(gòu)鋼馬氏體等級》進(jìn)行評定。由于奧氏體化溫度不同，馬氏體形態(tài)和大小不一樣。1級屬于奧氏體化溫度偏低，淬火組織是隱針馬氏體、細(xì)針馬氏體和不大于5%的鐵素體（體積分?jǐn)?shù)）；而8級則屬于過熱組織，是粗大的板條馬氏體+粗片針馬氏體。正常淬火時控制在3級～5級，其組織為細(xì)小的板條馬氏體+片狀馬氏體，6級具有較高的沖擊韌性、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，適用于較大規(guī)格且要求淬透性高的螺栓。評定調(diào)質(zhì)后的質(zhì)量一般采用GB/T13320-2007《鋼質(zhì)模鍛件金相組織評級圖與評定方法》，試樣拋光后用體積百分?jǐn)?shù)2%～5%的硝酸酒精溶液侵蝕。金相組織按1～8級評定，1級組織最好；8級組織最差。該標(biāo)準(zhǔn)第三組評級圖，適用于結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)處理件，尤其是高強(qiáng)度螺栓的調(diào)質(zhì)檢驗(yàn)。被評定的調(diào)質(zhì)組織介于兩個級別之間時，以下一級為判定級別，例如大于3級小于4級時，則判為4級。調(diào)質(zhì)的金相組織分析，在光學(xué)顯微鏡下用500倍觀察，合格級別可由供需雙方協(xié)商約定，沒有約定的以1級～4級為合格。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在低溫環(huán)境下服役、有低溫沖擊性能要求的螺栓，1級～3級為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。如果在評級時有爭議，可以參考力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定。7如何正確使用淬火介質(zhì)？當(dāng)今水溶性淬火介質(zhì)在國內(nèi)緊固件企業(yè)的普及程度越來越廣，除了中低碳鋼外，如合金鋼，馬氏體不銹鋼、熱作模具鋼等類型的產(chǎn)品都在嘗試采用水溶性淬火介質(zhì)，且工藝控制的經(jīng)驗(yàn)也越來越成熟，但是對于水溶性淬火介質(zhì)濃度問題的控制往往會存在偏差，導(dǎo)致各種熱處理質(zhì)量問題。目前，國內(nèi)緊固件企業(yè)熱處理淬火介質(zhì)主要采用快速淬火油和水溶性淬火介質(zhì)，它們在使用過程中與高溫工件直接接觸，不可避免會發(fā)生理化性能的變化，因此在使用過程中冷卻性能均會發(fā)生一定程度的變化，需要有效地監(jiān)控。一是提高淬火介質(zhì)的穩(wěn)定性，保證淬火工件的性能和變形在可控的范圍內(nèi)；二是提供有效的冷卻性能監(jiān)控方式，同時根據(jù)工況條件“量身定做”淬火介質(zhì)優(yōu)化方案，以保證淬火介質(zhì)長期穩(wěn)定的使用。從多數(shù)緊固件企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐來看，快速淬火油主要用于合金結(jié)構(gòu)鋼的鋼種及薄壁的螺栓、螺母及異型件；水主要用于碳素結(jié)構(gòu)鋼及形狀簡單的緊固件；PAG聚合物淬火介質(zhì)介于水-油之間，在一定的條件可代替水，也可代替油，具有較寬的冷卻烈度范圍。聚合物淬火介質(zhì)可消除淬火油產(chǎn)生的油煙。減少碳排放，推廣使用聚合物淬火介質(zhì)是全球范圍的趨勢。聚合物淬火介質(zhì)可完全符合安全生產(chǎn)要求，可以確認(rèn)是我國緊固件熱處理清潔生產(chǎn)的重要工藝材料。目前聚合物淬火介質(zhì)由于具有環(huán)保、技術(shù)和成本方面獨(dú)特優(yōu)勢，其應(yīng)用越來越廣泛。近年來，為了減少熱處理油煙排放，我國開發(fā)了多種環(huán)保減碳的新型淬火介質(zhì)。當(dāng)前聚合物淬火介質(zhì)的使用約占整個淬火介質(zhì)（油+聚合物淬火介質(zhì)）的30%～40%。生產(chǎn)實(shí)踐中，為提高淬火質(zhì)量，對聚合物淬火介質(zhì)的使用效果試驗(yàn)重現(xiàn)性，主要取決于攪拌的重現(xiàn)性，攪拌實(shí)際上是紊流。聚合物淬火介質(zhì)的使用溫度、濃度及攪拌是保證淬火質(zhì)量的關(guān)鍵因素。由于PAG聚合物淬火介質(zhì)中細(xì)菌以有機(jī)物為原料并催化其發(fā)生變化，會加速聚合物淬火介質(zhì)的老化，縮短淬火介質(zhì)的使用壽命，并使對流階段冷速加大，淬火時螺栓、螺母變形開裂傾向增大，從而使緊固件的淬火質(zhì)量難以保證?，F(xiàn)場只有調(diào)整濃度減慢冷速，但是效果并不明顯。使用生物穩(wěn)定的聚合物淬火介質(zhì)AQ245以及環(huán)保性能優(yōu)異的速冷劑，可以較好地解決變形與開裂問題。首先采用新液配置不同濃度的淬火液，通過冷卻特性測試儀測試不同濃度下淬火液的300℃冷速，從而建立不同濃度與冷速的標(biāo)準(zhǔn)表格或圖譜，采用冷卻特性測試儀是較理想的方法。其次，對于快速淬火油最好每年調(diào)換新油一次；水溶性淬火介質(zhì)不同于淬火油，溫度、濃度、攪拌強(qiáng)度對其冷卻性能的影響較大，建議采用螺旋漿進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，以保證冷卻的均勻性，從而獲得組織和硬度的均勻性。8快速淬火油使用時間長了為什么會老化？目前，快速淬火油在緊固件熱處理冷卻介質(zhì)中仍然占主導(dǎo)作用，淬火油的使用溫度升高，會顯著加快其老化的反應(yīng)速度。油溫每提高10℃，化學(xué)反應(yīng)速度提高約2～4倍，原則上淬火油的使用溫度在60～80℃。淬火油加熱使用和與熱工件反復(fù)接觸，導(dǎo)致淬火油氧化和老化，是其在生產(chǎn)中的最大威脅。長期的螺栓、螺母淬火操作使淬火油發(fā)生許多復(fù)雜的化學(xué)改變，從而引起油的特性的顯著改變，也使淬火油不斷老化，包括淬火油碳?xì)浠衔餆岱纸獬鲆讚]發(fā)的組分或氣體及一些化合物的氧化，氧化產(chǎn)物經(jīng)聚合會導(dǎo)致油的黏度增大，這是淬火油老化的機(jī)制反應(yīng)。同時，油接觸灼熱工件表面被加熱至較高的溫度，引起油的斷鏈和發(fā)生次級反應(yīng)而生成分解產(chǎn)物，被氧化的碳?xì)浠衔锞幱诟叩牟环€(wěn)定狀態(tài)，會發(fā)生聚合，形成油垢，甚至發(fā)生沾污工件和淤塞管路等嚴(yán)重后果。顯然，淬火油使用過程中碳?xì)浠衔镅趸臋C(jī)制應(yīng)予以重視?？焖俅慊鹩褪褂脮r間長了為什么會老化，這是淬火油在使用過程中不斷地發(fā)生氧化，工件表面出現(xiàn)油泥和漬斑的主要原因。隨著使用時間的增加，油的氧化越來越嚴(yán)重，黏度進(jìn)一步增大，油泥也進(jìn)一步增多，這些都使淬火油的冷卻性能下降，以致使工件出現(xiàn)軟點(diǎn)甚至淬不硬，金相檢驗(yàn)顯微組織：碳素鋼中條塊狀團(tuán)絮鐵素體增多；合金鋼中呈現(xiàn)下貝氏體組織。這時，其實(shí)質(zhì)是淬火油在使用過程中發(fā)生了嚴(yán)重的氧化。隨著淬火油在使用過程中發(fā)生氧化，其羧(SUO-有機(jī)化合物中的含碳、氧、氫COOH的基叫羧基)酸含量會逐步升高，故可測試油的酸值來衡量其老化的程度。淬火油在連續(xù)使用2年以上后，酸值不斷升高，在酸值達(dá)到1.0～1.5mgKOH/g左右時，生成羧酸的速率明顯加快。淬火油品老化后，其冷卻曲線反映在蒸氣膜階段縮短，最大冷速增大，冷卻曲線整體向右上方移動，高溫冷速加快，工件的可淬硬性下降。酸值達(dá)到1.5mgKOH/g是淬火油老化的量化指標(biāo)，也是換油的依據(jù)，一般使用達(dá)到1年就應(yīng)該換新油。防止淬火油品老化的措施有：使用加氫精制的基礎(chǔ)油和復(fù)合抗氧化劑能有效改善油的抗氧化性能，為提高淬火油的抗老化性能，在使用淬火油時，應(yīng)注意如下事項(xiàng)：使油處于循環(huán)狀態(tài)，及時過濾，防止進(jìn)水，不要部分換油，盡量降低淬火油的使用溫度，減少污染等。9聚合物淬火介質(zhì)的細(xì)菌滋生問題。目前聚合物淬火介質(zhì)因具有環(huán)保、技術(shù)和成本方面的獨(dú)特優(yōu)勢，其應(yīng)用越來越廣泛。然而與水和油不同，聚合物淬火介質(zhì)富含有機(jī)養(yǎng)料，故易滋生細(xì)菌，從而加速聚合物淬火介質(zhì)的老化，縮短淬火介質(zhì)的使用壽命。使對流階段的冷速加大，從而使緊固件的淬火質(zhì)量難以穩(wěn)定，可能堵塞網(wǎng)帶爐的過濾系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的