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(guò)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(jiàn)表1。
表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 | 0.17～0.37 | 0.40～0.70 | ≤0.035 | ≤0.035 | 0.80～1.10 | ≤0.030 | ≤0.030 | 0.15～0.25 |
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(guò)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(jiàn)表2所示。
表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。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(dāng)方式冷卻到室溫的工藝過(guò)程。隨著回火溫度的升高，馬氏體開(kāi)始發(fā)生分解，過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guó)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(shuō)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。回火組織的硬度主要來(lái)自過(guò)飽和碳的固溶強(qiáng)化效應(yīng)，回火的整個(gè)過(guò)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(guò)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(yǔ)
（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(guó)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(kāi)始發(fā)生分解，過(guò)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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