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回火温度对35CrMo高强螺栓组织及性能的影响

回火温度对35CrMo高强螺栓组织及性能的影响 

35CrMo中碳合金钢具有淬透性好,综合力学性能高,回火脆性不敏感,且价格低廉等特点,广泛应用于制造承受冲击、抗弯、高载荷的各种机器零件。本文通过研究了螺栓淬火后不同回火工艺的试验,得出了不同回火下的力学性能,为制订合理的热处理工艺提供了依据。


1. 试验螺栓材料及性能要求

本文以35CrMo材料为研究对象,其化学成分见表1。

1 材料的化学成分(质量分数)  %

化学元素

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

实测

0.34

0.22

0.65

0.015

0.005

0.972

0.014

0.019

0.178

履带螺栓性能要求较高,一般大于等于12.9级高强度螺栓的要求。


2.试验过程

(1)试验方案

本文主要采用M20外六角头螺栓在880℃淬火,并在150~600℃之间进行回火,具体试验方案见表2所示。

2 试验方案

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

回火温度/

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

(2)试样制备

回火后的螺栓按GB/T3098.1-2000 紧固件力学性能中螺栓螺钉和螺柱进行检查,并按照标准要求进行取样并检查。拉伸试验选择Φ5mm的标准试样,冲击试样为10mm×10mm×50mm的标准夏比U型缺口试样。


3.试验结果分析

(1)回火对金相组织的影响 

图1不同回火温度下的金相组织。回火是将淬火钢在A1以下温度加热,使其转变为稳定的回火组织,并以适当方式冷却到室温的工艺过程。随着回火温度的升高,马氏体开始发生分解,过饱和的а固溶体中析出弥散的碳化物,金相组织由回火马氏体向回火索氏体转变。当回火温度升高至400℃以上时,已脱离共格关系的渗碳体开始明显地聚集长大,片状渗碳体的长度和宽度比逐渐缩小,最终形成粒状渗碳体。在渗碳体聚集长大的同时,а相的状态也不断发生变化,当回火温度在400℃以上时,由于马氏体的分解、碳化物的转变及聚集球化,使а相的晶格畸变大大减小,因此残留应力基本消除。

(2)回火温度对力学性能的影响

对四种回火温度下的试样进行拉伸及冲击试验,图2、图3、图4、图5分别是回火温度对螺栓的楔负载、抗拉强度、屈服强度、冲击韧性及截面硬度的影响。


楔负载是螺栓综合力学性能的一个体现,在试验过程中,断裂应在杆部或未旋合的螺纹长度内,而不应发生在头部或头杆交接处。在进行楔负载试验过程中,螺栓断裂前应达到相应的性能等级规定的最小拉力载荷。由图2可以看出,随着回火温度的升高,螺栓所能承受最大力先升高而下降,在250~500℃之间回火,螺栓所能承受的最大力满足国标要求。

图3为回火温度对螺栓抗拉强度及屈服强度的影响曲线,随着回火温度的升高,抗拉强度及屈服强度不断降低。传统的热处理工艺下,金属材料的强度和塑性、韧性往往是一对矛盾,强度随着回火温度的升高而降低,韧性势必随着回火温度的升高而升高。图4为回火温度对螺栓冲击韧性的影响曲线,从图中可以看出,回火温度低于400℃时,冲击韧性变化不明显,趋于平缓,说明此种材料在小于400℃回火,冲击韧性对温度的敏感性不高;回火温度大于400℃之后,高强螺栓的冲击韧性呈直线迅速升高。

图5为回火温度对螺栓截面硬度的影响曲线,由图中可以看出,随着回火温度的升高,截面硬度不断降低。回火组织的硬度主要来自过饱和碳的固溶强化效应,回火的整个过程都伴随着马氏体中碳含量的降低,直接导致回火时硬度的降低。过渡碳化物的析出,虽可产生一定的硬化效果,但其影响小于固溶强化的减弱。在350℃以上回火硬度急剧降低的原因在于组织已经为回火屈氏体,碳化物转变为渗碳体,共格关系破坏以及碳化物的聚集长大所致。

4.结语

(1)随着回火温度的升高,螺栓的楔负载先升高后降低,在250~500℃满足国标要求;屈服强度和抗拉强度随着回火温度的升高不断降低;低于400℃回火,螺栓的冲击韧性变化不明显,当回火温度大于400℃,冲击韧性变化剧烈;随着回火温度的升高,硬度不断降低,在回火温度大于350℃后,变化剧烈;随着回火温度的升高,马氏体开始发生分解,过饱和的а固溶体中析出弥散的碳化物,金相组织由回火马氏体向回火索氏体转变。


(2)本文对35CrMo高强螺栓回火的研究,有力的促进了对材料的了解,方便了热处理工艺的制定,并能有效的控制产品的质量。


文/陈丹、马强、孙晓兵、顾兴鹏,山推工程机械股份有限公司


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