緊固件材料與緊固件沖擊試驗(yàn)

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1、緊固件材料與緊固件沖擊試驗(yàn)張先鳴1、概述2、材料與韌性關(guān)系2、1材料與沖擊韌度的關(guān)系2、2組織對(duì)沖擊韌度的影響2、3熱處理對(duì)沖擊韌度的影響2、4斷裂韌性與沖擊韌度的聯(lián)系3、螺栓試樣沖擊試驗(yàn)3.1沖擊試驗(yàn)通則3.2沖擊試驗(yàn)適用范圍3.3機(jī)械加工試樣3.4技術(shù)要求4、結(jié)束語(yǔ)1、概述車(chē)輛、機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步正向更安全、更舒適、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的方向發(fā)展。迄今，緊固件材料研發(fā)與制造技術(shù)有待于進(jìn)一步完善和發(fā)展，而緊固件熱處理后的抗拉強(qiáng)度要求＞700～1300Mpa，屈服強(qiáng)度＞550～1150Mpa，斷后伸長(zhǎng)率8%～15%，強(qiáng)塑積一般應(yīng)大

2、于104Mpa%,具有良好的綜合力學(xué)性能。作為連接、緊固、密封作用的緊固件，技術(shù)發(fā)展有賴于，一方面開(kāi)發(fā)應(yīng)用更高強(qiáng)韌性的新材料，以保證機(jī)械連接具有更高的耐久性、可靠性；另一方面，通過(guò)材料強(qiáng)韌化的提高，提升設(shè)計(jì)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零部件的輕量化。對(duì)于8.8級(jí)～12.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。調(diào)質(zhì)處理后鋼的顯微組織為回火索氏體，其中滲碳體呈顆粒狀均勻分布。為保證緊固件表面足夠深度螺紋截面能夠被淬硬，從而得到較高的強(qiáng)度、塑性及韌性，要求鋼材應(yīng)具有足夠的淬透性，在鋼中添加適量的Cr、Mn、Mo、Ni、V、B等合金元素，可明顯提高鋼的

3、淬透性和強(qiáng)度。鋼中合金元素含量越高，其淬透性及強(qiáng)度也越來(lái)越高，但相應(yīng)的生產(chǎn)成本也明顯增加。高強(qiáng)度螺栓大多采用鐓鍛成型工藝，分溫鍛、冷鐓和車(chē)削加工等，涉及品種多、批量大，為了大幅度降低緊固件的能耗，目前以及未來(lái)采取的主要措施有以下幾種。免退火冷鐓鋼或非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用、增加碳硼鋼的應(yīng)用范圍等。2、材料與韌性關(guān)系高強(qiáng)度螺栓、螺釘和螺柱的檢測(cè)依據(jù)為GB/T3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品出廠基本上都應(yīng)符合新標(biāo)準(zhǔn)中的驗(yàn)收試驗(yàn)項(xiàng)目。但從目前的生產(chǎn)實(shí)踐和使用來(lái)看還不完善。當(dāng)前，機(jī)械構(gòu)件中的脆性破壞是高強(qiáng)度螺

4、栓、螺釘和螺柱失效的重要方式之一。它是在緊固件受載過(guò)程中，在沒(méi)有產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的情況下，突然發(fā)生的一種破壞。由于事先沒(méi)有明顯的跡象，所以脆性破壞的危險(xiǎn)性很大。沖擊韌度是用來(lái)表征材料的韌性大小，取決于其化學(xué)成分和顯微組織外，與材料的冶金質(zhì)量等有關(guān)；還與環(huán)境溫度及缺口的狀況密切相關(guān)。常見(jiàn)防止螺栓發(fā)生脆性破壞的傳統(tǒng)方法。①要求選用的材料具有一定的塑性指標(biāo)（斷后伸長(zhǎng)率A/%和斷面收縮率Z/%），且具有一定的沖擊韌度（沖擊吸收能量KV/J、KU/J）值；②采用轉(zhuǎn)變溫度的方法，對(duì)材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提出一定的要求。確定脆性斷口轉(zhuǎn)變溫

5、度，常用的是FATT表示。2、1材料與沖擊韌度的關(guān)系化學(xué)成分中雜質(zhì)元素的多少是影響沖擊韌度因素之一。對(duì)鋼材P和S控制要求較高，兩者相加應(yīng)≤0.025%；由于P對(duì)材料有脆化效應(yīng)，會(huì)在晶界處存在析出物，致使晶界弱化從而造成沖擊韌度下降。碳含量對(duì)沖擊韌度的影響很大。低碳合金鋼與中碳合金鋼處理成相同強(qiáng)度水平時(shí)，前者的斷裂韌性明顯比后者高。20MnTiB和40CrNiMo兩種鋼處理成10.9級(jí)螺栓時(shí)，強(qiáng)度相近時(shí)斷裂韌性分別為113MN/m3/2和78MN/m3/2，而沖擊韌度（沖擊吸收能量KV、KU）值，前者比后者低20～45J。Ni

6、是最有效的韌化元素。它不但可以改善鋼的斷裂韌性，還能有效地降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此，Ni是低溫用鋼中重要的合金元素；Mo的作用與Ni類似；Cr對(duì)沖擊韌度的影響較??；加入少量的B，能改善低溫回火時(shí)的斷裂韌性。螺栓工作環(huán)境中常帶有某種腐蝕性介質(zhì)等，這些特點(diǎn)正是使螺栓產(chǎn)生延遲破壞的外在條件之一。為了改善這類鋼材的斷裂韌性，合金化的原則仍是著眼于改善鋼的淬透性，提高組織穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒、細(xì)化碳化物；并使其均勻分布，防止回火脆性以及降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。在以35CrMo鋼為代表的低合金鋼中，加入適量的V能細(xì)化晶粒，改善斷裂韌性。35Cr

7、MoV鋼是適用于12.9級(jí)的高強(qiáng)度螺栓的材料。2、2組織對(duì)沖擊韌度的影響鋼中馬氏體的組織形態(tài)對(duì)沖擊韌度有重要的影響，馬氏體的組織形態(tài)有兩種：含有大量位錯(cuò)的板條狀馬氏體和含有孿晶的片狀馬氏體，孿晶的出現(xiàn)使滑移系減少為原來(lái)的1/4，孿晶又能感生微裂紋，因此，片狀馬氏體的斷裂韌性較板條狀馬氏體的斷裂韌性低。如果能通過(guò)合金化（如降低碳含量等）、熱處理手段降低鋼中孿晶馬氏體量而增加位錯(cuò)馬氏體量，則可提高鋼的強(qiáng)韌性。無(wú)論是在熱處理中的正火、退火、淬火和回火工序，奧氏體實(shí)際晶粒小的鋼，最終性能均優(yōu)于奧氏體實(shí)際晶粒大的鋼。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，鋼的

8、奧氏體實(shí)際晶粒度粗于1～4級(jí)，對(duì)螺栓沖擊韌度值呈逐漸下降趨勢(shì)，嚴(yán)重影響螺栓力學(xué)性能指標(biāo)。隨著晶粒度級(jí)別的提高（晶粒度越細(xì)?。蜏貨_擊吸收能量KV和KU就越高。這是由于晶粒越細(xì)，晶粒越多，晶界就越多，裂紋擴(kuò)展阻力就越大，沖擊吸收能量值就越高。晶粒尺寸對(duì)材料屈服強(qiáng)度的影響已有定量的表達(dá)式。晶