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回火溫度對35CrMo高強螺栓組織及性能的影響

回火溫度對35CrMo高強螺栓組織及性能的影響 

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


1. 試驗螺栓材料及性能要求

本文以35CrMo材料為研究對象,其化學成分見表1。

1 材料的化學成分(質(zhì)量分數(shù))  %

化學元素

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

實測

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級高強度螺栓的要求。


2.試驗過程

(1)試驗方案

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

2 試驗方案

序號

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 緊固件力學性能中螺栓螺釘和螺柱進行檢查,并按照標準要求進行取樣并檢查。拉伸試驗選擇Φ5mm的標準試樣,沖擊試樣為10mm×10mm×50mm的標準夏比U型缺口試樣。


3.試驗結(jié)果分析

(1)回火對金相組織的影響 

圖1不同回火溫度下的金相組織。回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織,并以適當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。當回火溫度升高至400℃以上時,已脫離共格關(guān)系的滲碳體開始明顯地聚集長大,片狀滲碳體的長度和寬度比逐漸縮小,最終形成粒狀滲碳體。在滲碳體聚集長大的同時,а相的狀態(tài)也不斷發(fā)生變化,當回火溫度在400℃以上時,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,因此殘留應力基本消除。

(2)回火溫度對力學性能的影響

對四種回火溫度下的試樣進行拉伸及沖擊試驗,圖2、圖3、圖4、圖5分別是回火溫度對螺栓的楔負載、抗拉強度、屈服強度、沖擊韌性及截面硬度的影響。


楔負載是螺栓綜合力學性能的一個體現(xiàn),在試驗過程中,斷裂應在桿部或未旋合的螺紋長度內(nèi),而不應發(fā)生在頭部或頭桿交接處。在進行楔負載試驗過程中,螺栓斷裂前應達到相應的性能等級規(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要求。

圖3為回火溫度對螺栓抗拉強度及屈服強度的影響曲線,隨著回火溫度的升高,抗拉強度及屈服強度不斷降低。傳統(tǒng)的熱處理工藝下,金屬材料的強度和塑性、韌性往往是一對矛盾,強度隨著回火溫度的升高而降低,韌性勢必隨著回火溫度的升高而升高。圖4為回火溫度對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,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,沖擊韌性對溫度的敏感性不高;回火溫度大于400℃之后,高強螺栓的沖擊韌性呈直線迅速升高。

圖5為回火溫度對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。回火組織的硬度主要來自過飽和碳的固溶強化效應,回火的整個過程都伴隨著馬氏體中碳含量的降低,直接導致回火時硬度的降低。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大所致。

4.結(jié)語

(1)隨著回火溫度的升高,螺栓的楔負載先升高后降低,在250~500℃滿足國標要求;屈服強度和抗拉強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35CrMo高強螺栓回火的研究,有力的促進了對材料的了解,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、孫曉兵、顧興鵬,山推工程機械股份有限公司


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