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回火溫度對(duì)35CrMo高強(qiáng)螺栓組織及性能的影響

回火溫度對(duì)35CrMo高強(qiáng)螺栓組織及性能的影響 

35CrMo中碳合金鋼具有淬透性好,綜合力學(xué)性能高,回火脆性不敏感,且價(jià)格低廉等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于制造承受沖擊、抗彎、高載荷的各種機(jī)器零件。本文通過研究了螺栓淬火后不同回火工藝的試驗(yàn),得出了不同回火下的力學(xué)性能,為制訂合理的熱處理工藝提供了依據(jù)。


1. 試驗(yàn)螺栓材料及性能要求

本文以35CrMo材料為研究對(duì)象,其化學(xué)成分見表1。

1 材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))  %

化學(xué)元素

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Cu

Mo

35CrMo

0.32~0.40

0.170.37

0.400.70

0.035

0.035

0.801.10

0.030

0.030

0.150.25

實(shí)測(cè)

0.34

0.22

0.65

0.015

0.005

0.972

0.014

0.019

0.178

履帶螺栓性能要求較高,一般大于等于12.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓的要求。


2.試驗(yàn)過程

(1)試驗(yàn)方案

本文主要采用M20外六角頭螺栓在880℃淬火,并在150~600℃之間進(jìn)行回火,具體試驗(yàn)方案見表2所示。

2 試驗(yàn)方案

序號(hào)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

回火溫度/

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

(2)試樣制備

回火后的螺栓按GB/T3098.1-2000 緊固件力學(xué)性能中螺栓螺釘和螺柱進(jìn)行檢查,并按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行取樣并檢查。拉伸試驗(yàn)選擇Φ5mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣,沖擊試樣為10mm×10mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)夏比U型缺口試樣。


3.試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)回火對(duì)金相組織的影響 

圖1不同回火溫度下的金相組織?;鼗鹗菍⒋慊痄撛贏1以下溫度加熱,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織,并以適當(dāng)方式冷卻到室溫的工藝過程。隨著回火溫度的升高,馬氏體開始發(fā)生分解,過飽和的а固溶體中析出彌散的碳化物,金相組織由回火馬氏體向回火索氏體轉(zhuǎn)變。當(dāng)回火溫度升高至400℃以上時(shí),已脫離共格關(guān)系的滲碳體開始明顯地聚集長(zhǎng)大,片狀滲碳體的長(zhǎng)度和寬度比逐漸縮小,最終形成粒狀滲碳體。在滲碳體聚集長(zhǎng)大的同時(shí),а相的狀態(tài)也不斷發(fā)生變化,當(dāng)回火溫度在400℃以上時(shí),由于馬氏體的分解、碳化物的轉(zhuǎn)變及聚集球化,使а相的晶格畸變大大減小,因此殘留應(yīng)力基本消除。

(2)回火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

對(duì)四種回火溫度下的試樣進(jìn)行拉伸及沖擊試驗(yàn),圖2、圖3、圖4、圖5分別是回火溫度對(duì)螺栓的楔負(fù)載、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊韌性及截面硬度的影響。


楔負(fù)載是螺栓綜合力學(xué)性能的一個(gè)體現(xiàn),在試驗(yàn)過程中,斷裂應(yīng)在桿部或未旋合的螺紋長(zhǎng)度內(nèi),而不應(yīng)發(fā)生在頭部或頭桿交接處。在進(jìn)行楔負(fù)載試驗(yàn)過程中,螺栓斷裂前應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的性能等級(jí)規(guī)定的最小拉力載荷。由圖2可以看出,隨著回火溫度的升高,螺栓所能承受最大力先升高而下降,在250~500℃之間回火,螺栓所能承受的最大力滿足國標(biāo)要求。

圖3為回火溫度對(duì)螺栓抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度的影響曲線,隨著回火溫度的升高,抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度不斷降低。傳統(tǒng)的熱處理工藝下,金屬材料的強(qiáng)度和塑性、韌性往往是一對(duì)矛盾,強(qiáng)度隨著回火溫度的升高而降低,韌性勢(shì)必隨著回火溫度的升高而升高。圖4為回火溫度對(duì)螺栓沖擊韌性的影響曲線,從圖中可以看出,回火溫度低于400℃時(shí),沖擊韌性變化不明顯,趨于平緩,說明此種材料在小于400℃回火,沖擊韌性對(duì)溫度的敏感性不高;回火溫度大于400℃之后,高強(qiáng)螺栓的沖擊韌性呈直線迅速升高。

圖5為回火溫度對(duì)螺栓截面硬度的影響曲線,由圖中可以看出,隨著回火溫度的升高,截面硬度不斷降低?;鼗鸾M織的硬度主要來自過飽和碳的固溶強(qiáng)化效應(yīng),回火的整個(gè)過程都伴隨著馬氏體中碳含量的降低,直接導(dǎo)致回火時(shí)硬度的降低。過渡碳化物的析出,雖可產(chǎn)生一定的硬化效果,但其影響小于固溶強(qiáng)化的減弱。在350℃以上回火硬度急劇降低的原因在于組織已經(jīng)為回火屈氏體,碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體,共格關(guān)系破壞以及碳化物的聚集長(zhǎng)大所致。

4.結(jié)語

(1)隨著回火溫度的升高,螺栓的楔負(fù)載先升高后降低,在250~500℃滿足國標(biāo)要求;屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著回火溫度的升高不斷降低;低于400℃回火,螺栓的沖擊韌性變化不明顯,當(dāng)回火溫度大于400℃,沖擊韌性變化劇烈;隨著回火溫度的升高,硬度不斷降低,在回火溫度大于350℃后,變化劇烈;隨著回火溫度的升高,馬氏體開始發(fā)生分解,過飽和的а固溶體中析出彌散的碳化物,金相組織由回火馬氏體向回火索氏體轉(zhuǎn)變。


(2)本文對(duì)35CrMo高強(qiáng)螺栓回火的研究,有力的促進(jìn)了對(duì)材料的了解,方便了熱處理工藝的制定,并能有效的控制產(chǎn)品的質(zhì)量。


文/陳丹、馬強(qiáng)、孫曉兵、顧興鵬,山推工程機(jī)械股份有限公司


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