高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂的預(yù)防措施

      目前，由螺栓聯(lián)接引起的延遲斷裂仍然是一個(gè)嚴(yán)重的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。延遲斷裂是材料在靜止應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后突然脆性破壞的一種現(xiàn)象，是材料一環(huán)境一應(yīng)力相互作用而發(fā)生的一種環(huán)境脆化，是氫導(dǎo)致材質(zhì)惡化的一種形態(tài)。延遲斷裂現(xiàn)象是妨礙高強(qiáng)度螺栓提高強(qiáng)度的一個(gè)主要因素。

    產(chǎn)生延遲斷裂是涉及到材料加工，環(huán)境等因素。本文從緊固件生產(chǎn)實(shí)踐，提出延遲斷裂的預(yù)防措施，供同行參考。

    1、抗拉強(qiáng)度的偏差管理
    在保證螺栓達(dá)到各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上（尤其把抗拉強(qiáng)度和保證應(yīng)力控制在合格范圍內(nèi)）要對(duì)螺栓的硬度控制在一定范圍內(nèi)，見(jiàn)表1。

    高強(qiáng)度螺栓在檢測(cè)硬度時(shí)，作為工藝結(jié)果。（控制項(xiàng)目）最終以抵拉值強(qiáng)度值為綜合測(cè)量結(jié)果。

    2、防止螺栓表面層的增碳
    脫碳通常有利于延遲破壞性能的提高，但是必須充分考慮疲勞強(qiáng)度的下降，并且不至于螺栓脫扣、滑牙。對(duì)原材料的預(yù)先退火工序必須嚴(yán)格注意脫碳和增碳，而在最終調(diào)質(zhì)淬火時(shí)對(duì)于螺紋表面增碳是不允許的。

    冷拔前對(duì)盤(pán)條需要經(jīng)過(guò)軟化退火或球化退火，為了防止脫碳往往使用保護(hù)氣氛或爐中放置木炭。如果爐中氣氛控制不當(dāng)或者發(fā)生特殊情況時(shí)，會(huì)在原材料表面造成增碳。由于螺紋處表面增碳，會(huì)使強(qiáng)度增加而塑性下降，導(dǎo)致延遲斷裂。

    3、防止?jié)B磷
    拉拔是生產(chǎn)高強(qiáng)度螺栓的第一道工序，但在拉拔前，盤(pán)條須經(jīng)過(guò)磷化鋅薄膜處理，增加光潔度，冷鐓、調(diào)質(zhì)淬火處理制成螺栓，會(huì)有磷滲入表面層里。對(duì)于高強(qiáng)度螺栓，可在熱處理前用金屬清洗劑和酸洗洗凈磷化膜，達(dá)到防止?jié)B磷的目地。要注意的是鋼滲磷后，鋼的臨界點(diǎn)A。上升，表面出現(xiàn)較多鐵素體，也影響后序發(fā)黑和氧化著色表面處理

    4、減少應(yīng)力集中的形狀
    螺栓頭部是應(yīng)力集中部位。典型螺栓的頭部為六角形，從圓形成型為六角形的。冷鐓變形可達(dá)60%~80，不允許有任何折疊，尤其是冷鐓復(fù)雜形狀的凸緣類螺栓。但由于機(jī)床精度，操作工人的技術(shù)水平，模具尺寸和質(zhì)量等綜合因素的影響，造成螺栓頭部和桿部結(jié)合處的晶粒破碎或金屬纖維斷裂。此處組織很不均勻，并形成一個(gè)脆性斷裂危險(xiǎn)區(qū)域，造成應(yīng)力集中。不完全螺紋和全螺紋形狀的螺栓，應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，做到形狀盡可能緩和應(yīng)力集中。在調(diào)整冷鐓機(jī)床時(shí)，不應(yīng)忽視機(jī)床間隙，模具間隙以及機(jī)床模具間的誤差，合理分配螺栓頭部的鐓鍛變形量，增大頭桿結(jié)合處的過(guò)渡圓角，使其內(nèi)部組織達(dá)到合理狀態(tài)。

    對(duì)調(diào)換每種規(guī)格產(chǎn)品試模的樣件，冷鐓時(shí)應(yīng)給予5＂200件報(bào)廢，特別是在那些應(yīng)力集中的部位不能有傷痕。

    5、良好的金屬流線
    金屬的纖維組織沿軋制方向流動(dòng)，這種因碳化物等脆性粒子在冷鐓和冷擠加工時(shí)被細(xì)化、晶粒沿伸長(zhǎng)方向變細(xì)變長(zhǎng)，顯示出導(dǎo)向所致。這種纖維組織就是塑性加工后，由變形產(chǎn)生的纖維流線。螺栓冷鐓鍛時(shí)，特別是在頭桿連接處，如果冷鐓鍛質(zhì)量拙劣，頭部纖維塑性流線就紊亂、切斷，這對(duì)高強(qiáng)度螺栓是不能存在的缺陷，這將導(dǎo)致延遲斷裂的發(fā)生。

    6、預(yù)先防止奧氏體晶粒粗大
    在調(diào)質(zhì)時(shí)要防止奧氏體晶粒粗大，淬火溫度的控制顯得特別重要。尤其是局部加熱鐓鍛的螺栓，應(yīng)增加退火軟化工序和減少拉拔量。奧氏體晶粒粗大會(huì)造成脆性增加，以至延遲斷裂發(fā)生。

   7、鋼種的選擇
    根據(jù)影響高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂的因素，鋼材選擇最好有能使延遲斷裂性能提高的元素。如添加有適量的Ti、V和Nb等細(xì)化晶粒元素，使奧氏體晶粒不長(zhǎng)大；對(duì)延遲斷裂惡化的P、S降低鋼中的含量，減少晶界偏析；提高Mo的含量以提高鋼的回火軟化抵抗性能。

    鋼材化學(xué)成分的調(diào)整，碳鋼中主要的元素有C、Si和Mn。增加Si和Mn的含量可以提高硬度，但硬度提高對(duì)塑性指標(biāo)斷面收縮率的數(shù)值有負(fù)面影響，在中碳鋼中加入少量的Cr可以改善其塑性，提高斷面收縮率數(shù)值。Si和Mn是固溶強(qiáng)化鐵素體而提高硬度的元素，而Cr是細(xì)化晶粒增加淬透性的元素。

    由于任何一種鋼都要把淬火一高溫回炎（調(diào)質(zhì)）處理作為鋼種的前提來(lái)考慮，根據(jù)高強(qiáng)度螺栓性能等級(jí)，環(huán)境條件等，要完全避免發(fā)生延遲斷裂是困難的。因此，選擇鋼種時(shí)對(duì)其使用條件必須十分注意。

    推薦鋼種如下：8.8級(jí)螺栓選用SWRCH35R、CH35.ACR鋼；10.9級(jí)選用SCM435、40Cr鋼；12.9級(jí)選用42CrMo、25Cr2MoVA鋼。對(duì)于10.9級(jí)以上螺栓需用合金鋼，其中CrMo和CrMoV兩類鋼更能滿足在復(fù)雜條件下使用。

    8、防止電鍍脆性
    表面處理通常是電鍍、有機(jī)和無(wú)機(jī)物涂層或磷化，所有這些工藝都有一個(gè)共同的前提——必須除去螺栓表面黑色氧化皮，為此就必須對(duì)螺栓進(jìn)行酸洗。在酸洗到表面處理（如電鍍）期間，大部分氫侵入到螺栓表面。由于氫的擴(kuò)散需要時(shí)間，且氫的濃度達(dá)到一定程度后才發(fā)生斷裂，因此，金屬電鍍必須慎重選擇鍍種，鍍液種類選定最好都能防止氫的吸收。

    通常電鍍螺栓由于在鍍前酸洗和電鍍時(shí)在鋼中滲進(jìn)并貯存了氫，比沒(méi)有電鍍的螺栓容易發(fā)生延遲斷裂，尤其是自攻螺釘?？估瓘?qiáng)度930MPQ以上的螺栓在電鍍后都要進(jìn)行驅(qū)氫處理。驅(qū)氫的效果與處理的溫度和時(shí)間有關(guān)，通常溫度200-250~C，時(shí)間2-4小時(shí)，溫度的高低應(yīng)由基體材料決定，才能改善延遲斷裂性能。

    9、其他
    高強(qiáng)度螺栓與各種不同金屬接觸時(shí)，由于能形成多種類型的局部電池而大大惡化了延遲斷裂性能。特別是接觸Zni Mg、Cd時(shí)必須注意。

    螺栓在室外使用時(shí)，應(yīng)避免潮濕空氣，雨水的接觸，涂上適當(dāng)?shù)挠推崾怯幸娴?，可避免產(chǎn)生延遲斷裂。