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高强度的受力特征及其性能要求
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【摘要】：
螺栓在各种机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。除了作简单定位的螺栓之外，螺栓在安装时都需要预先拧紧，因此都承受经拉伸载荷。预紧力越大，连接强度和紧固、密封性便越高。通常正确的设计是以足够高的预紧力克服被连接件的相对位移，避免螺栓承受弯曲、剪切载荷。一些螺栓，如连杆螺栓、缸盖螺栓等，除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸（交变）载荷、横向剪切（交变）载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还受到冲击载荷的作用。通常情况下，附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。对此，在应用高强度螺栓时，对材料成分、冶金质量、螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的技术要求。
一般来讲，高强度螺栓及其钢通常应满足以下要求：
1、 高的抗拉强度，以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损。
2、 较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。
3、 对于在海边、河边、油田等潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求螺栓材料具有足够低的延迟断裂敏感性，以保证螺栓工作时安全可靠。
4、 对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓，要求具有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸力，以抵抗疲劳、多冲断裂。
5、 对于在严寒地区或低温下工作的螺栓，还要求具有低的韧—脆转化温度。
6、 中小直径螺栓往往多采用冷镦成形螺栓头和搓（滚）丝生产工艺，这就要求材料具有良好的冷镦等冷加工工艺性能。
不锈钢钝化处理工艺
不锈钢的抗腐蚀性能主要是由于表面覆盖着一层极薄的(约1nm)致密的钝化膜，这层膜1n腐蚀介质隔离，是不锈钢防护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特征，不应看作腐蚀完全停止，而是形成扩散的阻挡层，使阳极反应速度大大降低。通常在有还原剂(如氯离子)情况下倾向于破坏膜，而在氧化剂(如空气)存在时能保持或修复膜。
不锈钢工件放置于空气中会形成氧化膜，但这种膜的保护性不够完善。通常先要进行彻底清洗，包括碱洗与酸洗，再用氧化剂钝化，才能保证钝化膜的完整性与稳定性。酸洗的目的之一是为钝化处理创造有利条件，保证形成优质的钝化膜。因为通过酸洗使不锈钢表面平均有10μm厚一层表面被腐蚀掉，酸液的化学活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高，因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡，一些原来容易造成腐蚀的隐患被清除掉了。但更重要的是，通过酸洗钝化，使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解，去掉了贫铬层，造成铬在不锈钢表面富集，这种富铬钝化膜的电位可达+1.0V(SCE)，接近贵金属的电位，提高了抗腐蚀的稳定性。不同的钝化处理也会影响膜的成分与结构，从而影响不锈性，如通过电化学改性处理，可使钝化膜具有多层结构，在阻挡层形成CrO3或 Cr2O3，或形成玻璃态的氧化膜，使不锈钢能发挥最大的耐蚀性。
除油脱脂----流动清水冲洗干净----活化---流动清水冲洗干净----钝化----流动清水冲洗干净----中和----流动清水冲洗干净----过纯水----烘干包装
工序说明:
1.除油脱脂，如果确信工件表面无任何油污，可省略此步。
2.活化，浸泡时间为2-5分钟,如果确信工件表面无任何锈蚀，焊斑等杂质(比如刚抛光的工件)，可省略此步。
3.钝化，必经工序。浸泡时间为30分钟,时间越长钝化膜越完整。
4.中和，浸泡时间为3分钟,如果表面形状简单，没有锣纹，没有盲孔，可省略此步。
5.过纯水，必经工序,时间为3分钟。
紧固件特殊质量的四大检测
为了能够使紧固件得到更好的性能使用,我们对紧固件特殊质量进行四大检测。
一、硬度与强度:
在螺纹紧固件检测中,不能简单的根据硬度值,查有关手册,折合成强度值。这中间有一个淬透性因素的影响。因为国家标准GB3098.1和国家标准GB3098.3中规定仲裁硬度是在零件横截面的1/2半径处测量。拉力试样也是从1/2半径处截取。因为不排除零件的中心部分有低硬度、低强度部分存在。一般情况下,材料的淬透性好,螺杆部横截面上硬度能均匀分布。只要硬度合格,强度和保证应力也能达到要求。但是当材料的淬透性差时,虽然按规定的部位检查,硬度是合格的,但强度和保证应力往往达不到要求。尤其是表面硬度趋于下限时。为了把强度和保证应力控制在合格范围内,往往提高硬度的下限值。如8.8级的硬度控制范围:对M16以下的规格为26~31HRC,M16含以上的规格为28~34HRC为宜;10.9级控制在36~39HRC为宜。10.9级以上则又另当别论。
二、脱碳与渗碳:
在大批量热处理生产过程中,金相法也好,显微硬度法也好,只能是定时抽检。因为其检查时间长,成本高。为了及时判断炉子的控碳情况,可以用火花检测和洛氏硬度检测对脱碳和渗碳作初步的判断。火花检测是把淬过火的零件,在砂轮机上由表及里轻轻磨火花判别表层和心部的碳量是否一致。当然这要求操作者要有熟练的技巧和火花鉴别能力。洛氏硬度检测是在六角螺栓的一个侧面上进行。先把淬过火的零件的一个六角平面用砂纸轻轻磨光,测第一次洛氏硬度。然后再把这个面在砂轮机上磨去0.5mm左右,再测一次洛氏硬度。如果两次的硬度值基本相同,说明既不脱碳、也不渗碳。前次硬度低于后次硬度时,说明表面脱碳。前次硬度高于后次时,说明表面渗碳。在一般情况下,两次硬度差在5HRC以内时,用金相法或显微硬度法检查时,零件的脱碳或渗碳基本在合格范围内。
三、氢脆的检查:
氢脆的敏感性随紧固件的强度增加而增加。对于10.9级及以上的外螺纹紧固件或表面淬硬的自攻螺钉以及带有淬硬钢制垫圈的组合螺钉等电镀后应进行除氢处理。除氢处理一般是在烘箱或回火炉中,在190~230℃下保温4h以上,使氢扩散出来。螺纹紧固件可用旋紧的办法,在专用夹具上,旋到使螺杆承受相当保证应力的拉力下,保持48h,松开后螺纹紧固件不产生断裂。这种方法就作为氢脆的检查方法。
四、再回火试验:
8.8~12.9级的螺栓、螺钉和螺柱,应根据实际生产中的最低回火温度低10℃保温30min的再回火试验。在同一试样上,试验前后三点硬度平均值之差不得超过20HV。再回火试验可以检查因淬火硬度不足,用过低的温度回火来勉强到达规定的硬度范围的不正确操作,保证零件的综合力学性能。特别是低碳马氏体钢制造的螺纹紧固件,采用低温回火,尽管其它力学性能可以达到要求,但测量保证应力时,残余伸长量波动很大,远远大于12.5um。而且在某些使用条件下会发生突然的断裂现象。在一些汽车及建筑用螺栓中,已出现过突然断裂的现象。当采用最低回火温度回火后,可降低上述现象。但是用低碳马氏体钢制造10.9级螺栓时,应当特别慎重。
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根据平垫圈性能等级
超高强度钢Q-P-T工艺
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