熱處理是高強度螺栓生產的關鍵工序，決定了螺栓的最終使用性能，可以使高強度緊固件具有一定強度、良好的塑性、韌性和低的缺口敏感性以及較高的抗彎強度。眾所周知，沒有化學成分，不成為材料; 但對材料來講，熱處理和化學成分一樣重要。

螺栓熱處理影響因素

為了使汽車緊固件滿足一定的強度、硬度、塑性、韌性等綜合力學性能指標，通常需要對8.8級以上的高強度汽車緊固件進行熱處理。

原材料化學成分、爐內溫度、爐內氣氛、熱處理時間、淬火介質等因素都會對熱處理產生影響。

1、原材料的化學成分

汽車高強度緊固件用冷鐓鋼線材品種有碳素鋼和合金鋼。

除了高強度大六角頭螺栓，根據GB/T1231要求，對M30以下規格所用材料作了規定外，其他螺栓，無論是國標還是國際標準均沒有明確規定應采用的材質，只是指導性地指出需要添加的合金元素，

鋼的含碳量決定了其淬硬性。奧氏體中的含碳量越低，熱應力相對于組織應力就越大；反之，碳含量越高，組織應力的作用就越大。

合金元素能顯著改善鋼的淬透性。若鋼的淬透性較好,工件易淬透，介質冷速過快時容易出現淬火開裂現象；若鋼的淬透性較差，工件不易淬硬，介質冷速過慢時，很容易出現軟點或硬度不足的現象。

2、淬火溫度

提高碳鋼和低合金鋼的淬火溫度。不僅會使熱應力增加，而且由于淬透性增加，也會使組織應力增加，最終增大變形開裂的傾向。

過高的淬火溫度容易引起翹曲，對于細長的螺栓，在保證性能指標的前提下，盡量采用較低的淬火溫度。

3、原始組織及殘余應力

淬火前的原始組織也會對熱處理性能造成很大的影響，原始組織包括夾雜物等級、帶狀組織、原始晶粒度、成分偏析程度、游離碳化物質點分布方向以及不同預備熱處理所得到的不同組織等等。

淬火前的殘余應力大小及分布也會影響淬火后產品的性能，例如：機加工、鍛造、焊接、校直等均能產生殘余應力。

如果淬火前不進行退火來消除，則變形開裂的傾向就會增大。

螺栓在打頭、變形和搓絲過程中容易造成大的機加應力，對于低合金螺栓(如 40Cr、40CrMo 等)一般采用熱打的方式，大規格的碳鋼螺栓(如35k、ML35 、35)則要求材料要有較好的加工性能。

如進行退火處理。避免形成大的殘余應力，最終導致變形開裂。

4、介質冷卻速度

冷卻速度越快，淬火內應力就越大，變形開裂的傾向也越大，其中熱應力主要決定于 Ms 以上的冷卻速度，而組織應力主要取決于 Ms 點以下的冷卻速度。

介質的冷卻能力主要取決于其物理特性。如粘度、熱容、潤濕性等,但是溫度、攪拌和濃度(水基)等工藝參數對冷卻能力影響也很大，選擇不當，必然會造成熱處理缺陷。

針對碳鋼緊固件，大多數采用水基的淬火介質。但是其比淬火油工藝參數多。對于工藝和操作人員的要求較高，使用過程中需做好維護和檢測。

常見的熱處理問題

熱處理工藝中加熱只是其中一道工序，但是如果加熱過程中沒有得到合理工藝控制，則會出現一系列的問題，甚至造成金屬材質無法在正常使用。

螺栓熱處理缺陷，有很多種，如表面硬度不足、軟點、抗拉強度不足、變形較大、淬火開裂、表面氧化等。

其中，淬火開裂是一種最為危險最為常見的的熱處理缺陷，可直接造成了產品的報廢。

1、過熱過燒現象

墩鍛加熱溫度過高，局部易產生過熱，過熱時會導致材料晶粒粗大。

過熱是指金屬材料由于加熱溫度過高，或在規定的鍛造與熱處理溫度范圍內停留時間過長，或由于熱效應使溫度過高引起的晶粒粗大現象。

過燒是指加熱溫度過高或在高溫加熱區停留時間過長，導致材料內部低熔點物質熔化，或環境中的氧化性氣體滲透到晶界，形成易熔的氧化物共晶體。

過燒時局部晶界燒熔，并沿晶界出現小孔洞。過熱和過燒沒有嚴格的溫度界限，一般以晶粒出現氧化或低熔點相和熔化為特征來判斷過燒。

不管是過熱還是過燒，都使得緊固件產品性能降低，在使用中容易出現早期失效。

一般情況下，緊固件材料過熱可通過熱處理進行性能的組織的恢復，而過燒則只能報廢。

2、脫碳和氧化

鋼在加熱時，表層的碳與介質(或氣氛)中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發生反應，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強度及耐磨性降低，而且表面形成殘余拉應力易形成表面網狀裂紋。

加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素與介質(或氣氛)中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發生反應生成氧化物膜的現象稱為氧化。

高溫(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現淬火軟點。

為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護氣氛加熱(如凈化后的惰性氣體、控制爐內碳勢)、火焰燃燒爐(使爐氣呈還原性)。

3、淬火裂紋

在熱處理調質過程中，對于加熱介質、加熱速度、加熱保溫時間等工藝參數的選擇，是保證不引起裂紋的主要因素。

一是，淬火前原材料有劃痕、凹坑、微細裂紋，淬火后擴展，所取樣品為調質后裂紋擴展時的擴展裂紋。

原材料入庫檢驗時采用低倍放大鏡抽樣檢查，原材料入庫檢驗時采用低倍放大鏡抽樣檢查。

二是，零件尺寸和形狀，淬火開裂與工件的形狀有密切的關系，鋼件形狀影響淬火應力的大小和分布。

工件上的缺口、尖角、溝槽、孔穴及斷面急劇變化的部位都是淬火內應力集中處，是斷裂的危險部位。

設計生產時，應對結構進行優化。

三是，加熱或冷卻不當

淬火加熱溫度愈高，淬裂傾向愈大，淬火加熱溫度愈高，淬裂傾向愈大。淬火溫度升高，加熱保溫時間延長，使奧氏體晶粒長大，則淬火馬氏體粗化、脆化，斷裂強度降低，這是淬裂傾向增大的根本原因。

不容易發生淬裂的加熱爐是真空爐，容易產生淬火裂紋的低溫區，在MS點溫度以下，在這個溫度區間發生奧氏體向馬氏體的轉變，體積膨脹，宏觀熱處理應力，可能導致淬火裂紋，因此稱危險區。

在危險區應當盡量慢冷，以緩和淬火內應力。

4、零件內部未淬透

汽車高強度緊固件要獲得具有良好力學性能的回火索氏體、回火托氏體組織，前提是淬火時要保證心部得到馬氏體組織，這與鋼的淬透性有密切關系。

不論是碳素鋼還是合金鋼，在完全淬透的情況下，緊固件經高溫回火得到相同硬度的成品時，它們的力學性能如強度、塑性和韌性等都差不多。

也就是說，45鋼和40Cr鋼都完全淬透并回火至同一硬度時，它們的強度、塑性和韌性等大致相同，但是如果不完全淬透，即使回火后的硬度與淬透后回火的相同，其屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率和沖擊強度等都要低些，其降低程度隨淬透程度的減少而增大。

同一材質的產品，當截面大小不同時，淬透性也不同，雖然采用同一調質工藝，其力學性能卻不盡相同。

截面越大，淬透性也越差，力學性能也越差。

同時，同樣材質的原料，其化學成分允許在一定范圍內波動，尤其是碳素鋼會因為各鋼廠在冶煉技術、標準上有所區別而不同，采用相同工藝生產的成品必然存在性能差異。

淬火加熱溫度主要根據鋼的化學成分，結合具體工藝確定要保證淬火后體積分數至少90%的組織為馬氏體，要有預熱措施，可采取以下100℃的溫度預熱，使淬火后組織均勻，馬氏體轉變充分，心部較少游離鐵素體或粒狀碳化物

5、氫脆現象

金相組織對鋼的氫敏感性影響很明顯。

回火馬氏體、上貝氏體（粗），下貝氏體（細）、索氏體、珠光體、奧氏體對氫的敏感性依次降低。

回火馬氏體對氫脆的敏感性最強，因此在熱處理時可通過調整熱處理工藝，減少回火馬氏體組織的生成。

汽車緊固件調質熱處理是在高溫下進行的。為了減少熱處理過程中表面氧化的生成，常常在加熱爐中加入保護氣氛。

如果保護氣氛中含有氫化合物，就有可能在熱處理過程中吸氫，增加緊固件氫脆風險。

另外，熱處理對電鍍后的驅氫效果密切相關，淬火形成的殘余應力對氫脆影響明顯。

殘余（拉）應力消除得越充分，電鍍后驅氫的效果就越好，氫脆斷裂的閾值也就越高，這種情況在高強度螺栓的生產中表現的最明顯。

為防止產生氫脆，1000～1300MPa高強度緊固件必須在電鍍后驅氫。驅氫時將電鍍后的緊固件加熱到一定溫度并保持一段時間，使材料中的氫聚集形成氫分子而逸出。

驅氫不徹底主要有兩個的原因：一是沒有及時驅氫，二是驅氫時間過短。

高強度鋼在富氫氣氛中加熱時出現塑性和韌性降低的現象稱為氫脆。出現氫脆的工件通過除氫處理(如回火、時效等)也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。

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