1、螺栓的热处理方法【慧聪表面处理网】螺栓加工工艺为：热轧盘条-(冷拨)-球化(软化)退火- 机械除鳞-酸洗- 冷拨-冷锻成形-螺纹加工- 热处理-检验一，钢材设计：在紧固件制造中，正确选用紧固件材料是重要一环，因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确，可能造成性能达不到要求，使用寿命缩短，甚至发生意外或加工困难，制造成本高等，因此紧固件材料的选用是非常重要的环节。冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产的互换性较高的紧固件用钢。由于它是常温下利用金属塑性加工成型，每个零件的变形量很大，承受的变形速度也高，因此，对冷镦钢原料的性能要求十分严格。在长期生产实践和用户使用调研的基础上，结合G
2、B/T6478-2001冷镦和冷挤压用钢技术条件GB/T699-1999优质碳素结构钢及日本JISG3507-1991冷镦钢用碳素钢盘条的特点，以 8.8 级，9.8 级螺栓螺钉的材料要求为例，各种化学元素的确定。C 含量过高，冷成形性能将降低；太低则无法满足零件机械性能的要求，因此定为 0.25%-0.55%。 Mn 能提高钢的渗透性，但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能；在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向，故在国际的基础上适当提高，定为 0.45%-0.80%。Si 能强化铁素体，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定为 Si 小于等于 0.30%。S.P.为杂质元素，它们的存在会
3、沿晶界产生偏析，导致晶界脆化，损害钢材的机械性能，应尽可能降低，定为 P 小于等于 0.030%，S 小于等于 0.035%。B.含硼量最大值均为 0.005%，因为硼元素虽然具有显著提高钢材渗透性等作用，但同时会导致钢材脆性增加。含硼量过高，对螺栓，螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能的工件是十分不利的。二，球化(软化) 退火：沉头螺钉，内六角圆柱头螺栓采用冷镦工艺生产时，钢材的原始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。冷镦过程中局部区域的塑性变形可达 60%-80%，为此要求钢材必须具有良好的塑性。当钢材的化学成分一定时，金相组织就是决定塑性优劣的关键性因素，通常认为粗大片状珠光体不利于冷镦
4、成形，而细小的球状珠光体可显著地提高钢材塑性变形的能力。对高强度紧固件用量较多的中碳钢和中碳合金钢，在冷镦前进行球化(软化)退火，以便获得均匀细致的球化珠光体，以更好地满足实际生产需要。对中碳钢盘条软化退火而言，其加热温度多选择在该钢材临界点上下保温，加热温度一般不能太高，否则会产生三次渗碳体沿晶界析出，造成冷镦开裂，而对于中碳合金钢的盘条采用等温球化退火，在 AC1+(20-30%)加热后，炉冷到略低于 Ar1，温度约 700 摄氏度等温一段时间，然后炉冷至 500 摄氏度左右出炉空冷。钢材的金相组织由粗变细，由片状变球状，冷镦开裂率将大大减少。3545ML35SWRCH35K 钢软化退火温
5、度一般区域为 715-735 摄氏度。三，剥壳除鳞：冷镦钢盘条去除氧化铁板工序为剥亮，除鳞，有机械除鳞和化学酸洗两种方法。用机械除鳞取代盘条的化学酸洗工序，既提高了生产率，又减少了环境污染。此除鳞过程包括弯曲法(普遍使用带三角形凹槽的圆轮反覆弯曲盘条)，喷九法等，除鳞效果较好，但不能使残余铁鳞去净( 氧化铁皮清除率为 97%)，尤其是氧化铁皮粘附性很强时，因此，机械除鳞受铁皮厚度，结构和应力状态的影响，使用于低强度紧固件(小于等于 6.8 级)用的碳钢盘条。高强度紧固件(大于等于 8.8 级) 用盘条在机械除鳞后，为除净所有的氧化铁皮，再经化学酸洗工序即复合除鳞。对低碳钢盘条而言，机械除鳞残留
6、的铁皮容易造成粒拔模不均匀磨损。当粒拔模孔由于盘条钢丝摩擦外温时粘附上铁皮，使盘条钢丝表面产生纵向粒痕，盘条钢丝冷镦凸缘螺栓或圆柱头螺钉时，头部出现微裂纹的原因，95%以上是钢丝表面在拉拔过程中产生的划痕所引起。因此，机械除鳞法不宜用来高速拉拔。四，拉拔：拉拔工序有两个目的，一是改制原材料的尺寸；二是通过变形强化作用使紧固件获得基本的机械性能，对于中碳钢，中碳合金钢还有一个目的，即是使盘条控冷后得到的片状渗碳体在拉拔过程中尽可能的Crack，为随后的球化(软化)退火得到粒状渗碳体做好准备，然而，有些厂家为降低成本，任意减少拉拔道次，过大的减面率增加了盘条钢丝的加工硬化倾向，直接影响了盘条钢丝的
7、冷镦性能。如果各道次的减面率分配不合适，也会使盘条钢丝在拉拔过程中产生扭转裂纹，这种沿钢丝纵向分布，周期一定的裂纹在钢丝冷镦过程中暴露。此外，拉拔过程中如润滑不好，也可造成冷拔盘条钢丝有规律地出现横裂纹。盘条钢丝出出粒丝模口上卷同时的切线方向与拉丝模不同心，会造成拉丝模单边孔型的磨损加剧，使内孔失圆，造成钢丝圆周方向的拉拔变形不均匀，使钢丝的圆度超差，在冷镦过程中钢丝横截面应力不均匀而影响冷镦合格率。盘条钢丝拉拔过程中，过大的部分减面率使钢丝的表面质量恶化，而过低的减面率却不利于片状渗碳体的破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，即渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能极为不利，采用拉拔方式生产的棒料
8、和盘条钢丝，部分减面率直控制在 10%-15%的范围内。五，冷锻：成形通常，螺栓头部的成形采用冷镦塑性加工，同切削加工相比，金属纤维(金属留线) 沿产品形状呈连续状，中间无切断，因而提高了产品强度，特别是机械性能优良。冷镦成形工艺包括切料与成形，分单工位单击，双击冷镦和多工位自动冷镦。一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压和缩径等多工位工艺。单工位或多工位自动冷镦机使用的原始毛坯的加工特点是由材料尺寸长 5-6 米的棒料或重量为 1900-2000KG 的盘条钢丝的尺寸决定的，即加工工艺的特点在于冷镦成型不是采用预先切好的单件毛坯，而是采用自动冷镦机本身由棒料和盘条钢丝切取和镦
9、粗的( 必要时) 毛坯。在挤压型腔之前，毛坯必须进行整形。通过整形可得到符合工艺要求的毛坯。在镦锻，缩径和正挤压之前，毛坯不需整形。毛坯切断后，送到镦粗整形工位。该工位可提高毛坯的质量，可使下一个工位的成型力降低 15-17%，并能延长模具寿命，制造螺栓可采用多次缩径。1.用半封闭切料工具切割毛坯，最简单的方法是采用套筒式切料工具；切口的角度不应大于 3 度；而当采用开口式切料工具时，切口的斜角可达 5-7 度。2.短尺寸毛坯在由上一个工位向下一个成型工位传递过程中，应能翻转 180 度，这样能发挥自动冷镦机的潜力，加工结构复杂的紧固件，提高零件精度。3.在各个成型工位上都应该装有冲头退料装置
10、，凹模均应带有套筒式顶料装置。4.成型工位的数量(不包括切断工位 )一般应达到 3-4 个工位( 特殊情况下 5 个以上) 。5.在有效使用期内，主滑块导轨和工艺部件的结构都能保证冲头和凹模的定位精度。6.在控制选料的挡板上必须安装终端限位开关，必须注意镦锻力的控制。在自动冷镦机上制造高强度紧固件所使用的冷拨盘条钢丝的不圆度应在直径公差范围内，而较为精密的紧固件，其钢丝的不圆度则应限制在 1/2 直径公差范围内，如果钢丝直径达不到规定的尺寸，则零件的镦粗部分或头部就会出现裂痕，或形成毛刺，如果直径小于工艺所要求的尺寸，则头部就会不完整，棱角或涨粗部分不清晰。冷镦成型所能达到的精度还同成型方法的
11、选择和所采用的工序有关。此外，它还取决于所用的设备的结构特点，工艺特点及其状态，工模具精度，寿命和磨损程度。冷镦成型和挤压使用的高合金钢，硬质合金模具的工作表面粗糙度不应大 Ra=0.2um,这类模具工作表面的粗糙度达到 Ra=0.025-0.050um 时，具有最高寿命。六，螺纹加工：螺栓螺纹一般采用冷加工，使一定直径范围内的螺纹坯料通过搓(滚) 丝板(模)，由丝板( 滚模)压力使螺纹成形。可获得螺纹部分的塑性流线不被切断，强度增加，精度高，质量均一的产品，因而被广泛采用。为了制出最终产品的螺纹外径，所需要的螺纹坯径是不同的，因为它受螺纹精度，材料有无镀层等因素限制。滚(搓 )压螺纹是指利用
12、塑性变形使螺纹牙成形的加工方法。它是用带有和被加工的螺纹同样螺距和牙形的滚压( 搓丝板)模具，一边挤压圆柱形螺坯，一边使螺坯转动，最终将滚压模具上的牙形转移到螺坯上，使螺纹成形。滚(搓)压螺纹加工的共同点是滚动转数不必太多，如果过多，则效率低，螺纹牙表面容易产生分离现象或者乱扣现象。反之，如果转数太少，螺纹直径容易失圆，滚压初期压力异常增高，造成模具寿命缩短。滚压螺纹常见的缺陷：螺纹部分表面裂纹或划伤；乱扣；螺纹部分失圆。这些缺陷若大量发生，就会在加工阶段被发现。如果发生的数量较少，生产过程注意不到这些缺陷就会流通到用户，造成麻烦。因此，应归纳加工条件的关键问题，在生产过程控制这些关键因素。七
13、，热处理：高强度紧固件根据技术要求都要进行调质处理。热处理调质是为了提高紧固件的综合机械性能，以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比。热处理工艺对高强度紧固件尤其是它的内在质量有着至关重要的影响，因此，要想生产出优质的高强度紧固件，必须要有先进的热处理技术装备。由于高强度螺栓生产量大，价格低廉，螺纹部分又是比较细微相对精密的结构，因此，要求热处理设备必须具备生产能力大，自动化程度高，热处理质量好的能力。进入 20 世纪 90 年代以来带有保护气氛的连续式热处理生产线已占主导地位，震底式，网带炉尤其适用于中小规格紧固件的热处理调质。调质线除了炉子密封性能好以外，还具有先进的气氛，温度和工艺参数计算机
14、控制，设备故障报警和显示功能。高强度紧固件从上料-清洗- 加热-淬火-清洗- 回火 -着色到下线，全部自动控制运行，有效保证了热处理质量。螺纹的脱碳会导致紧固件在未达到机械性能要求的抗力时先发生脱扣，使螺纹紧固件失效，缩短使用寿命。由于原料的脱碳，如果退火不当，更会使原材料脱碳层加深。调质热处理过程中，一般会从炉外带进来一些氧化气体。棒料钢丝的铁锈或冷拔后盘条钢丝表面上的残留物，入炉加热后也会分解，反应生成一些氧化性气体。例如，钢丝的表面铁锈，它的成分是碳酸铁及氢氧化物，在加热后将分解成 CO2 及 H2O，从而加重了脱碳。研究表明，中碳合金钢的脱碳程度较碳钢严重，而最快的脱碳温度在 700-
15、800 摄氏度之间。由于钢丝表面的附着物在一定条件下分解化合成 CO2 和 H2O 的速度很快，如果连续式网带炉炉气控制不当，也会造成螺丝脱碳超差。高强度紧固件当采用冷镦成形时，原材料和退火的脱碳层不但仍然存在，而且被挤压到螺纹的顶部，对于需要淬火的紧固件表面，得不到所要求的硬度，其机械性能(特别是强度和耐磨性) 降低。另外，钢丝表面脱碳，表层与内部组织不同而具有不同的膨胀系数，淬火时有可能产生表面裂纹。为此，在淬火加热时要保护螺纹顶部不脱碳，还要对原材料已脱碳的紧固件进行适度的覆碳，把网带炉中的保护气氛的优势调到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等，使已脱碳的紧固件慢慢恢复到原来的含碳量，碳势设
16、定在 0.42%-0.48%为宜，覆碳温度与淬火加热相同，不能在高温下进行，以免晶粒粗大，影响机械性能。紧固件在调质淬火过程中可能出现的质量问题主要有：淬火态硬度不足；淬火态硬度不均；淬火变形超差；淬火开裂。现场出现的这类问题往往与原材料，淬火加热和淬火冷却有关，正确制订热处理工艺，规范生产操作过程，往往可以避免此类质量事故。八，结语：综上所述，影响高强度紧固件品质的工艺因素有钢材设计，球化退火，剥壳除鳞，拉拨，冷镦成形，螺纹加工，热处理等方面，有时则是诸种因素的叠加。我们知道，紧固件缺陷正是由于产品质量特征的波动性造成的，只有对产品制造流程中的工艺因素准确了解，由此产生持续改进品质的巨大原动
17、力，才能通过质量的不断提升获得更多的利润和更强的竞争力！螺栓热处理常见缺陷及应对措施2009 年 12 月 12 日摘要：本文介绍了螺栓热处理过程中的常见缺陷，并分析了引起这些缺陷的内在和外在的原因。特别列举了水溶性淬火介质可能引起暖处理缺陷的原因。建议在使用过程中做好检测和维护。最后，根据不同的暖处理缺陷，提出了相应的解决措施，但是，通常热处理缺陷是多种工艺因素共同作用的结果，在实际生产中要进行综合协调。关键词：紧固件；螺栓；热处理；缺陷；淬火介质螺栓是一种重要的紧固件。广泛用于机床、通用机械、汽车、工程机械、电力工程、石油化工、桥梁、轨道车辆矿山机械、建筑等领域。在我们的日常生活中也经常见
18、到，其产品质量和可靠性对主机工作性能和结构安全性起着重要作用。根据螺栓的机械性能分为高强度螺栓和普通螺栓，高强度螺栓主要是指机械性能等级8.8 的螺栓。这些产品主要采用低、中碳合金(如含硼或锰或铬 )钢或中碳钢优质材料制造，除个别品种规格外，都要进行经淬火并回火处理，具有较高的力学性能和使用性能，常用于要求较高的场合1。1 螺栓暖处理技术要求 热处理是高强度螺栓生产的关键工序，决定了螺栓的最终使用性能，可以使高强度紧固件获得设计所要求的。具有一定强度、良好的塑性、韧性和低的缺口敏感性以及较高的抗弯强度。避免产生松驰现象等综合力学性能及使用性能。从而保证紧固件产品的质量和可靠性，提高产品的市场竞
19、争力2。高强度螺栓的力学性能要求如表 1 所示。2 螺栓热处理常见缺陷及影响因素螺栓热处理缺陷有很多种，如表面硬度不足、软点、抗拉强度不足、变形较大、淬火开裂、表面氧化等。其中淬火开裂是一种最为危险的热处理缺陷。直接造成了产品的报废。影响热处理缺陷的因素有很多。如钢的淬透性、奥氏体的化学成分、淬火加热温度、介质冷却速度、原始组织、工件形状、残余应力及其分布、加暖设备及气氛等3-6。2.1 钢的化学成分、淬透性钢的含碳量决定了其淬硬性。奥氏体中的含碳量越低，热应力相对于组织应力就越大；反之，碳含量越高，组织应力的作用就越大。合金元素能显著改善钢的淬透性。若钢的淬透性较好，工件易淬透，其组织应力和
20、比容差效应的作用相对较大，介质冷速过快时容易出现淬火开裂现象；若钢的淬透性较差，工件不易淬硬，介质冷速过慢时，很容易出现软点或硬度不足的现象。2.2 淬火温度提高碳钢和低合金钢的淬火温度。不仅会使热应力增加，而且由于淬透性增加，也会使组织应力增加，最终增大变形开裂的倾向。过高的淬火温度容易引起翘曲，对于细长的螺栓，在保证性能指标的前提下，尽量采用较低的淬火温度。2.3 原始组织及残余应力淬火前的原始组织也会对热处理性能造成很大的影响，原始组织包括夹杂物等级、带状组织、原始晶粒度、成分偏析程度、游离碳化物质点分布方向以及不同预备热处理所得到的不同组织等等。淬火前的残余应力大小及分布也会影响淬火后
21、产品的性能，例如机加工、锻造、焊接、校正等均能产生残余应力。如果淬火前不进行退火来消除，则变形开裂的倾向就会增大。螺栓在打头、切变和搓丝过程中容易造成大的机加应力，对于低合金螺栓（如 40Cr、40CrMo 等）一般采用热打的方式，大规格的碳钢螺栓（如 35k、ML35、35）则要求材料要有较好的加工性能。如进行退火处理。避免形成大的残余应力，最终导致变形开裂。2.4 介质冷却速度冷却速度越快，淬火内应力就越大，变形开裂的倾向也越大，其中热应力主要决定于 Ms 以上的冷却速度，而组织应力主要取决于 Ms 点以下的心灰意冷却速度。介质的冷却能力主要取决于其物理特性。如粘度、热容、润湿性等，但是温
22、度、搅拌和浓度（水基）等工艺参数对冷却能力影响也很大，选择不当，必然会造成热处理缺陷。针对碳钢紧固件，大多数采用水基的淬火介质。但是其比淬火油工艺参数多。对于工艺和操作人员的要求较高，使用过程中需做好维护和检测。水基产品常见的问题3 ：2.4.1 介质浓度太低浓度过低很容易造成变形开裂的缺陷，需要加强浓度检测，并及时进行调整。目前。生产现场的浓度检测主要采用折光仪，由于污染和介质老化等原因，折光系数会降低，如果采用新液的折光系数浓度就会被高估。例如。折光仪读数为 6，新液的折光系数为 2.5，认为浓度是 6x2.5=15%，而若实际浓度只有6x1.5=9%，浓度被高估了 6%。这是很危险的。2
23、.4.2 介质的温度太低或太高水溶性淬火介质的液温对心灰意冷却特性影响较大，使用时应该配备好循环意气消沉却系统，以便在使用中调节槽液温度。温度太高或太低都可能造成工件变形和开裂。聚二醇（PAG ）类水溶性淬火介质具有独特的逆溶性，即在水中的溶解度随温度升高而降低。介质温度升高后，蒸发增多，蒸汽膜阶段大幅延长，最大心灰意冷速下降，一般使用温度都必须小于 60，当温度过高时会出现 PAG 与水分离现象，冷却特性的会发生极大变化，最终导致热处理缺陷。2.4.3 介质老化淬火冷却过程是相当恶劣的使用环境，氧化降解、热降解、机械降解等会促使 PAG 分子链断裂变短。分子链变短意味着粘度变小，而对流意气消
24、沉阶段却（低温冷却）与介质的流动性（粘度）密切相关。粘度变小，对流冷却速度加快。所以虽然在保证相同浓度的情况下，随着时间的延长粘度不断变小，导致低温冷速不断变快，将增加变形开裂的倾向。2.4.4 介质污染对于水溶性淬火介质，必须严格避免外来污染，特别是易乳化的油品混入槽液中会使水剂乳化，使其意气消沉却特性发生很大的变化。但是其自身的污染也要引起足够的重视，第一，长期补充自来水过程中水中的溶解物质逐渐集聚在淬火介质中。导致折光仪测量的浓度值偏高。第二。来自内部和外部变质产物中能使淬火意气消沉却的蒸汽膜阶段延长的污染物。第三。淬火时工件对加入的淬火剂（溶质）的不平衡带出。 2.4.5 搅拌不当介质
25、的搅拌应能使介质均匀流畅地流动，消除停滞不流区。加大搅拌能够更快的破坏蒸汽膜阶段，使冷却均匀。搅拌不足，容易出现硬度不足、软点等缺陷；搅拌速度过大容易混入空气而造成意气消沉却不均匀，也容易引发变形、硬度不均匀等缺陷。网带炉生产线大都采用螺旋桨搅拌，必须插入到液面下一定深度，不得小于 300mm，另外。严禁采用压缩空气入行搅拌，它不仅促使气体参与热交换，致使意气消沉却不均匀从而变形加剧以至淬火开裂产生；而且加速了介质的老化和污染，缩短了其使用寿命。3 螺栓常见缺陷的应对措施3.1 表面硬度不足、软点、抗拉强度不足（1）对于水基淬火介质。可以降低 PAG 淬火液浓度或提高盐类淬火液的浓度，以加快冷
26、却速度；（2）降低淬火介质的温度；（3）加大循环和搅拌，以提高淬火烈度；（4）提高淬火温度，延长保温时间。 使组织充分奥氏体体化；（5）选用含碳量更高的钢种或淬透性更好的钢种。如果表面脱碳。也会造成表面硬度不足。可以通过增加表面的磨削量，并对比前后硬度变化来验证。若表面脱碳，需提高加热炉碳势。3.2 变形较大、淬火开裂等（1）对于水基淬火介质，可以提高 PAG 淬火液浓度或降低盐类淬火液的浓度，以减小应力；（2）提高淬火液温度；（3）减小循环量和搅拌烈度；（4）降低淬火温度或预冷淬火；（5）选择更低淬透性的钢种对于细长螺栓。工件浸入淬火介质的方式和运动方向等必须给予足够的重视，以保证工件获得尽
27、可能均匀的加热和冷却。并避免在加热时因自重而引起的变形。淬火后的螺栓如果有爆牙、爆角等淬裂现象。可能是由于组织缺陷或机加残余应力过大造成。特别是对于 8.8 级 35 钢系列。一般 20以下线材不用退火，20 以上则需采取退火工艺（表面硬度 20HRC 以下） ，以降低线材硬度，减少机加应力，并延长拉丝模具的寿命。3.3 淬火后轻微氧化，表面发黑，但是无氧化皮 采用网带炉大批量生产紧固件时，特别是水基介质，经常会出现头部或整体发蓝发黑的氧化现象。这是由于工件在落料渗入渗出水过程中生成大量的水蒸汽，工件在高温高湿的氧化气氛下加剧了表面的氧化。（1）增加水封的水压，尽量避免水蒸汽进入炉体；（2）清
28、洗过滤网；（3）降低槽液的液位；（4）加强搅拌。提高冷速。（5）甲醇含水超标，更换合格产品3.4 淬火后氧化严重。有氧化皮脱落工件淬火后氧化严重，甚至有氧化皮脱落，可以基本判定是由于加热气氛引起的。（1）载气（甲醇）用完，造成炉内无气氛保护；（2）炉体漏气，迅速检查气密性；（3）甲醇含水严重超标，更换合格产品。4 小结暖处理高强度螺栓的内在质量有着至关重要的影响。因此，要想生产出优质的高强度螺栓，就必须有恰当的选材、先入的热处理设备、热处理工艺材料和对热处理工艺过程的控制，任何一个环节不完善都可能导致热处理缺陷。螺栓热处理过程中的缺陷有很多，如表面硬度不足、软点、抗拉强度不足、变形较大、淬火开裂、表面氧化等等。首先分析了引起这些缺陷的内在和外在的原因，特别针对水溶性淬火介质，列举了其可能引起热处理缺陷的原因。建议在使用过程中需做好检测和维护。最后，根据不同的暖处理缺陷。提出了相应的解决措施。但是。通常热处理缺陷是多种工艺因素共同作用的结果，在实际生产中要进行综合考虑并相互协调。
