高強(qiáng)度的受力特征及其性能要求
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螺栓在各種機(jī)構(gòu)中起著連接、緊固、定位、密封等作用。除了作簡(jiǎn)單定位的螺栓之外，螺栓在安裝時(shí)都需要預(yù)先擰緊，因此都承受經(jīng)拉伸載荷。預(yù)緊力越大，連接強(qiáng)度和緊固、密封性便越高。通常正確的設(shè)計(jì)是以足夠高的預(yù)緊力克服被連接件的相對(duì)位移，避免螺栓承受彎曲、剪切載荷。一些螺栓，如連桿螺栓、缸蓋螺栓等，除受到軸向預(yù)緊拉伸載荷的作用外，通常還會(huì)在工作過程中受到附加的軸向拉伸（交變）載荷、橫向剪切（交變）載荷或由此復(fù)合而成的彎曲載荷的作用，有時(shí)還受到?jīng)_擊載荷的作用。通常情況下，附加的橫向交變載荷會(huì)引起螺栓的松動(dòng)，軸向交變載荷會(huì)引起螺栓的疲勞斷裂，而在環(huán)境介質(zhì)的作用下軸向拉伸載荷則會(huì)引起螺栓的延遲斷裂。對(duì)此，在應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓時(shí)，對(duì)材料成分、冶金質(zhì)量、螺栓結(jié)構(gòu)、制造工藝、安裝及使用提出了更高的技術(shù)要求。
一般來講，高強(qiáng)度螺栓及其鋼通常應(yīng)滿足以下要求：
1、 高的抗拉強(qiáng)度，以便抵抗拉長(zhǎng)、拉斷、滑扣和磨損。
2、 較高的塑性和韌性，以減少對(duì)偏斜、缺口應(yīng)力集中和表面質(zhì)量的敏感性。
3、 對(duì)于在海邊、河邊、油田等潮濕大氣或腐蝕氣氛環(huán)境下工作的螺栓，要求螺栓材料具有足夠低的延遲斷裂敏感性，以保證螺栓工作時(shí)安全可靠。
4、 對(duì)于承受交變載荷和沖擊載荷的螺栓，要求具有較高的疲勞抗力和多次沖擊拉伸力，以抵抗疲勞、多沖斷裂。
5、 對(duì)于在嚴(yán)寒地區(qū)或低溫下工作的螺栓，還要求具有低的韌—脆轉(zhuǎn)化溫度。
6、 中小直徑螺栓往往多采用冷鐓成形螺栓頭和搓（滾）絲生產(chǎn)工藝，這就要求材料具有良好的冷鐓等冷加工工藝性能。
不銹鋼鈍化處理工藝
不銹鋼的抗腐蝕性能主要是由于表面覆蓋著一層極薄的(約1nm)致密的鈍化膜，這層膜1n腐蝕介質(zhì)隔離，是不銹鋼防護(hù)的基本屏障。不銹鋼鈍化具有動(dòng)態(tài)特征，不應(yīng)看作腐蝕完全停止，而是形成擴(kuò)散的阻擋層，使陽極反應(yīng)速度大大降低。通常在有還原劑(如氯離子)情況下傾向于破壞膜，而在氧化劑(如空氣)存在時(shí)能保持或修復(fù)膜。
不銹鋼工件放置于空氣中會(huì)形成氧化膜，但這種膜的保護(hù)性不夠完善。通常先要進(jìn)行徹底清洗，包括堿洗與酸洗，再用氧化劑鈍化，才能保證鈍化膜的完整性與穩(wěn)定性。酸洗的目的之一是為鈍化處理創(chuàng)造有利條件，保證形成優(yōu)質(zhì)的鈍化膜。因?yàn)橥ㄟ^酸洗使不銹鋼表面平均有10μm厚一層表面被腐蝕掉，酸液的化學(xué)活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高，因此酸洗可使整個(gè)表面趨于均勻平衡，一些原來容易造成腐蝕的隱患被清除掉了。但更重要的是，通過酸洗鈍化，使鐵與鐵的氧化物比鉻與鉻的氧化物優(yōu)先溶解，去掉了貧鉻層，造成鉻在不銹鋼表面富集，這種富鉻鈍化膜的電位可達(dá)+1.0V(SCE)，接近貴金屬的電位，提高了抗腐蝕的穩(wěn)定性。不同的鈍化處理也會(huì)影響膜的成分與結(jié)構(gòu)，從而影響不銹性，如通過電化學(xué)改性處理，可使鈍化膜具有多層結(jié)構(gòu)，在阻擋層形成CrO3或 Cr2O3，或形成玻璃態(tài)的氧化膜，使不銹鋼能發(fā)揮最大的耐蝕性。
除油脫脂----流動(dòng)清水沖洗干凈----活化---流動(dòng)清水沖洗干凈----鈍化----流動(dòng)清水沖洗干凈----中和----流動(dòng)清水沖洗干凈----過純水----烘干包裝
工序說明:
1.除油脫脂，如果確信工件表面無任何油污，可省略此步。
2.活化，浸泡時(shí)間為2-5分鐘,如果確信工件表面無任何銹蝕，焊斑等雜質(zhì)(比如剛拋光的工件)，可省略此步。
3.鈍化，必經(jīng)工序。浸泡時(shí)間為30分鐘,時(shí)間越長(zhǎng)鈍化膜越完整。
4.中和，浸泡時(shí)間為3分鐘,如果表面形狀簡(jiǎn)單，沒有鑼紋，沒有盲孔，可省略此步。
5.過純水，必經(jīng)工序,時(shí)間為3分鐘。
緊固件特殊質(zhì)量的四大檢測(cè)
為了能夠使緊固件得到更好的性能使用,我們對(duì)緊固件特殊質(zhì)量進(jìn)行四大檢測(cè)。
一、硬度與強(qiáng)度:
在螺紋緊固件檢測(cè)中,不能簡(jiǎn)單的根據(jù)硬度值,查有關(guān)手冊(cè),折合成強(qiáng)度值。這中間有一個(gè)淬透性因素的影響。因?yàn)閲?guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3098.1和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3098.3中規(guī)定仲裁硬度是在零件橫截面的1/2半徑處測(cè)量。拉力試樣也是從1/2半徑處截取。因?yàn)椴慌懦慵闹行牟糠钟械陀捕取⒌蛷?qiáng)度部分存在。一般情況下,材料的淬透性好,螺桿部橫截面上硬度能均勻分布。只要硬度合格,強(qiáng)度和保證應(yīng)力也能達(dá)到要求。但是當(dāng)材料的淬透性差時(shí),雖然按規(guī)定的部位檢查,硬度是合格的,但強(qiáng)度和保證應(yīng)力往往達(dá)不到要求。尤其是表面硬度趨于下限時(shí)。為了把強(qiáng)度和保證應(yīng)力控制在合格范圍內(nèi),往往提高硬度的下限值。如8.8級(jí)的硬度控制范圍:對(duì)M16以下的規(guī)格為26~31HRC,M16含以上的規(guī)格為28~34HRC為宜;10.9級(jí)控制在36~39HRC為宜。10.9級(jí)以上則又另當(dāng)別論。
二、脫碳與滲碳:
在大批量熱處理生產(chǎn)過程中,金相法也好,顯微硬度法也好,只能是定時(shí)抽檢。因?yàn)槠錂z查時(shí)間長(zhǎng),成本高。為了及時(shí)判斷爐子的控碳情況,可以用火花檢測(cè)和洛氏硬度檢測(cè)對(duì)脫碳和滲碳作初步的判斷。火花檢測(cè)是把淬過火的零件,在砂輪機(jī)上由表及里輕輕磨火花判別表層和心部的碳量是否一致。當(dāng)然這要求操作者要有熟練的技巧和火花鑒別能力。洛氏硬度檢測(cè)是在六角螺栓的一個(gè)側(cè)面上進(jìn)行。先把淬過火的零件的一個(gè)六角平面用砂紙輕輕磨光,測(cè)第一次洛氏硬度。然后再把這個(gè)面在砂輪機(jī)上磨去0.5mm左右,再測(cè)一次洛氏硬度。如果兩次的硬度值基本相同,說明既不脫碳、也不滲碳。前次硬度低于后次硬度時(shí),說明表面脫碳。前次硬度高于后次時(shí),說明表面滲碳。在一般情況下,兩次硬度差在5HRC以內(nèi)時(shí),用金相法或顯微硬度法檢查時(shí),零件的脫碳或滲碳基本在合格范圍內(nèi)。
三、氫脆的檢查:
氫脆的敏感性隨緊固件的強(qiáng)度增加而增加。對(duì)于10.9級(jí)及以上的外螺紋緊固件或表面淬硬的自攻螺釘以及帶有淬硬鋼制墊圈的組合螺釘?shù)入婂兒髴?yīng)進(jìn)行除氫處理。除氫處理一般是在烘箱或回火爐中,在190~230℃下保溫4h以上,使氫擴(kuò)散出來。螺紋緊固件可用旋緊的辦法,在專用夾具上,旋到使螺桿承受相當(dāng)保證應(yīng)力的拉力下,保持48h,松開后螺紋緊固件不產(chǎn)生斷裂。這種方法就作為氫脆的檢查方法。
四、再回火試驗(yàn):
8.8~12.9級(jí)的螺栓、螺釘和螺柱,應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的最低回火溫度低10℃保溫30min的再回火試驗(yàn)。在同一試樣上,試驗(yàn)前后三點(diǎn)硬度平均值之差不得超過20HV。再回火試驗(yàn)可以檢查因淬火硬度不足,用過低的溫度回火來勉強(qiáng)到達(dá)規(guī)定的硬度范圍的不正確操作,保證零件的綜合力學(xué)性能。特別是低碳馬氏體鋼制造的螺紋緊固件,采用低溫回火,盡管其它力學(xué)性能可以達(dá)到要求,但測(cè)量保證應(yīng)力時(shí),殘余伸長(zhǎng)量波動(dòng)很大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12.5um。而且在某些使用條件下會(huì)發(fā)生突然的斷裂現(xiàn)象。在一些汽車及建筑用螺栓中,已出現(xiàn)過突然斷裂的現(xiàn)象。當(dāng)采用最低回火溫度回火后,可降低上述現(xiàn)象。但是用低碳馬氏體鋼制造10.9級(jí)螺栓時(shí),應(yīng)當(dāng)特別慎重。