回火溫度對(duì)35CrMo高強(qiáng)螺栓組織及性能的影響

山推工程機(jī)械股份有限公司 （山東濟(jì)寧 272073） 陳 丹 馬 強(qiáng) 孫曉兵 顧興鵬

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)器零件上。本文通過(guò)進(jìn)行螺栓淬火后不同回火工藝的試驗(yàn)，得出了不同回火溫度下螺栓的力學(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

螺栓材料為35CrMo，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 35CrMo的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

履帶螺栓性能要求較高，一般≥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℃進(jìn)行回火，具體試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)方案

（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

圖1 不同回火溫度下的金相組織

（1）回火對(duì)金相組織的影響 圖1為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α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)，α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α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)4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、沖擊韌度及截面硬度的影響。

楔負(fù)載是螺栓綜合力學(xué)性能的一個(gè)體現(xiàn)，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。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可看出，隨著回火溫度的升高，螺栓所能承受最大拉力先升高后下降，在250～500℃回火，螺栓所能承受的最大力滿足國(guó)標(biāo)要求。

圖2 回火溫度對(duì)楔負(fù)載的影響

圖3 回火溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度的影響

圖4 回火溫度對(duì)沖擊韌度的影響

圖5 回火溫度對(duì)截面硬度的影響

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)度與塑性、韌性往往是一對(duì)矛盾體，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)螺栓沖擊韌度的影響曲線，可見(jiàn)回火溫度低于400℃時(shí)，沖擊韌度變化不明顯，趨于平緩，說(shuō)明此種材料在低于400℃回火，沖擊韌度對(duì)溫度的敏感性不高；回火溫度高于400℃之后，高強(qiáng)螺栓的沖擊韌度呈直線迅速升高。

圖5為回火溫度對(duì)螺栓截面硬度的影響曲線，可見(jiàn)，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)度碳化物的析出，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。350℃以上回火硬度急劇降低的原因在于組織已經(jīng)為回火托氏體，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)

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，螺栓的沖擊韌度變化不明顯，當(dāng)回火溫度高于400℃，沖擊韌度變化劇烈；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α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。