紧固件选材浅谈.pdf

一 概 述 紧 固 件 选 材 浅 谈 张斌斌 材 科是现 代 科学 技术的重要支柱 是 实 现 四个现代 化的 物质基础 随着新技术 新 艺 新产 品和 新设备 的开 发 新材 料也大 量涌现 有关标准 电不 断更新 要做到正确 选 j 合理用枋 充 分发挥材科 的潜力 使 产 品精密化和轻 最化 因此迫切需要 我们重 视选 材问题 据一 分厂统 计 近年 因选材不 正确造成的产品报废 达数吨之 多 可见 选材 的 正确 与西直接关 系到我厂的产 品质量和经 济效 益 随着 军工产 品质量管理条例 在 我厂 实施 对产 品质 量提出了越来越严格的 要求 我们必须不断提高 工作质量 切 实保 证 产 品 贡盈 做好 合理 选材用材 二 紧日件遣 材 的理 论 基础 1 钢的 淬透 性 关 于紧 固件选 材 问题 首 先从钢韵 淬透 性谈 起 所1 锕 的淬透 性 就 是钢在淬火 时 能 够获得 马 氏体 的能 力 它是 钢材本身 圃有 骼一 l 腻性 马氏体是碳在a F e中的过 饱和固溶体 马 氏体的最主要特 性 是 高 硬 度 高 强 度 其硬 度随碳 含量的 增 加 而 升 高 淬火 时 有 在大 于临 界冷却速度 时才 能眵获得岛 氏体组 织 铜 件淬火后的 性能与 淬 火马氏体的组织形 态和数量有 密 切 的 关 系 对 回火后的 性能也 会发生明显影响 淬 透 深度通 常以5 0 淬 火马氏体区的硬度为 基 14 准 淬透性通 常甩淬透 性曲线 圈来表 示 并 用临界淬透直径 De 来比较 各种 钢材 的 淬 透 性 大 小 例 如 I 4 5 号钢Dc 水淬 1 O 1 8 ram Dc 由 谇 6 8 m 4 0 Cr 锕 Dc g 2 0 3 6 mm Dc 油淬 1 2 2 4 i I l n l 4 0 Cr的 临界 淬 透直 径是 4 5 号钢的 2 3 倍 即 4 0 Cr的 淬 透 性优于4 5 号钢 2 奥 示体连续冷却 转 变 图 称 C CT 图 从图 1 含锰 镍 铬 钼 合金钢的 Cc T 曲线可 以看 出 钢的 淬透 洼实 际上 是受珠 光 体 P或 贝氏体 B转变 的孕 育期所 控制 凡抑 制珠光体或 贝氏体等过砖奥 氏体A分解 产物 形 核的诸 因素均 能提高 钢的淬透 性 对 于台 金元 素来讲 除 钻 以外 大罗 数 合金元素络入 奥 氏体后使 C曲线 右移 从 而提高钢 的淬透 性 这就是台金锕的 淖透 性优于碳 素钢的原 因 此外 C C T曲线 反映 了由于工件截面 上 冷速不 同寻 致组织的不 同变化 若 工件尺 寸足够大 工件 心部碴 速小 于临界冷速 则 淬 火后表面 为马氏体组织 心部将形成部 分 贝 氏体 甚 至还 可能 出现 铣素体及珠光体组 织 如果我们选 用的 钢种 其过冷 奥氏体 分解 的 孕育期长 则 可能 使大 直径 的工件能够完 全 津透 印沿整 个截面获得 马氏体 以达到 高 的 强度 要求 8 淬透性曲 线 通过图 2 4 5 号钢津透 性曲线 我 们可 以发现硬度 或强度 与工件尺 寸的关系 从 表面 到心部硬 度急剧下降 这是 因为从 表 面 到心 部冷 却速度降低 使马氏体的 含量逐 维普资讯 c 曲 线 j 一 龟 U 毒 1 0 璃 I I l l f R 叠 F J 1 卜 l 小B P F 圈2钢 淬进性曲 线 量 专 誊 圈 l含 锰 镰 铬 钼 合 金 钢 的CCT曲 线 由于工件截面上 冷逮 不同导致组 织的不同变化 A一 奥 氏体 F一铁 素体 I P一珠 光体 B一 贝 氏 体 M 一 马 氏体 临界冷速为2 9 s o oc h 15 维普资讯 器 三 p i 古 墓 茜 血 一 餮 船 U U U U 童宅 童 童 苫 墨 墨 墨 鲁 蹑 著 吾 毫 U U rJ 2名 主主 出 雩弯 譬譬蓍 量参 薯 口 吕 毫 器 皇苫 z 中 J U J 嚣U 嚣 n 蹯 辔 霉 d 0 瞄 曼 鼍 薹 三 苫 苫 譬 兰 苫 m U J 宫 委 U U 甚毫 磊 蹯 d 0 0 童 j z 如 n U J J J 雁 巷 等 昌 砷 f 盛 诺 J I 等 等 苗 鐾 稿 I I 瑶 毪 l 柏 盛 诺 I I n竹 嚣 l 疆 蠹 N N 一 譬 I J 0蕾 竹 崔 兽 昌 一蠹 一嚣 僻 葺 0 0 0 口 矗 g 君 N 挣 缸 抽留蚓 维普资讯 渐 减少所致 图中指明 了达封某 硬 度 要求 时的最大 直径 例 如 要 求心部达封 HR C 3 5 4 6 淬水时 工件最大直径不 得 超 过 l 8 mm 而淬油时 不得超过 5 mm 若要求 表面达劐HR C 3 5 4 6 淬水时 工件最大 直径 可达蓟 9 7 mmj淬 油 时不得 超 过2 0 ram 综合上 述 钢的强度的高 低 主 要决定 于 淬火后马氏体含 量的 多少 马 氏体 的含量 受卿钢的淬透性的控制 而钢的淬透性主要 取决于钢材本身的质量和成 分 即 材 质 因 素 以及工 件尺 寸的大小 即尺寸因 素 我 们 要做到正 确选 材必须从这两个方面 着手 4 材 质因素 材质因 素与材 料的组成成分密切相关 合金元 素的 不同 含 量的 多少决定 了钢的淬 透 性的 大小 一般情 况下 高合金钢 的性能 优于台金钢 合金钢优 于碳素钢 铬 镍钢具 有 较好的强韧 性 综合机械 性能 优于其它合 金钢 每一种材料在 定的状态和条件下都 具 有特定的机 槭 蛙能 包括强度 硬度 塑 性 韧性等等 这些性能相 互联 系 相 互 制 约 并且都 有各 自的极 限 任何 一种 性能的 改 变都 会引起其它性能 发 生相 应 的 变化 我 们 可以通过 热处理的手段 改变材料表面的 或 内 部的组织结构来控制这 种材料 的 机 械 性 能 达到我们所需的性能要求 考虑材质因 素 目的在于充分发挥 材料的潜力 既不小 材大 用 也 不大 材小用 比如说 一个1 2 9 级 的螺栓选 用2 O 号钢 小 材大 用 达不到 性 能 要求 如果5 6 级的螺栓 选用3 7 Cr Ni a A 虽然达 到了性能要求 但未能发挥材料 的潜 力 大材小用 浪费材 料 例 如 0 3 5 G产 品中 M3 0 8 0 G B 3 2 7 6 6 9 级的螺栓 毛 坯直径4 0 ram 要求达到a s 5 4 虹 f mm a b 6 0 k g mm 由于没有考虑 材 质 因 素 选用 了 A 3钢 造 成8 4 件螺栓报废 5 尺寸 截面 因素 在一定的性能等 级要求下 工件的尺 寸 截面积 越大 要求材料的 淬透性越好 侧 如 8 8 级的螺栓 直 径在 2 0 ram以下 可 以选 用淬透性较差的4 5 号 钢I而 直 径 大 于 2 0 ram时 就要选用淬透性较好的4 0 Cr 或 其 它合金钢 例 如 6 6 2 k W 港 作消防拖船M4 8 2 3 0 GB2 7 7 6 8 8 级的铰孔螺栓 毛坯 直径 达6 0 ram 要求达到a s 6 4 f ram a b 8 0 虹 f mm 因没有考虑尺寸 因 素 选 用了淬透性较差的4 6 号钢 在 G B 3 0 9 8 i 8 2 标准 中明确规定 螺纹直 径 2 0 ram8 8 级 的 紧固 件必须 采用1 0 9 级的合金钢 结果 造 成2 O 件 螺栓 报废 另一个值得 注 意 的 问 题 是 热处 理时工件 大部分是 毛坯 选材 时必 须按工件 的毛坯尺 寸 2 0 ram的紧固件必须采 用 对 1 0 9 级规定的合金钢 本着节约用材 充分发挥材 料潜 力的原 则 制定 了GB 3 0 9 8 1 8 2 中确定的十 个 性能 等级 直 径在8 0 ram范国内的 螺 栓 螺 钉和螺柱的选材表 表1 可 根据 紧同件的 性能等级和尺 寸 截面直径 选 择所 需的材 料 例 如 要 求性能等级为5 8 级 直 径 为 3 0 ram的紧同件 可选用3 5 号钢 若要 求牲能等 1 7 维普资讯 级 为8 8 级 直 径l O mm的紧固件可 选用4 5 号 员 参考 钢 或3 o Ct 此表可供设计人 员 工艺技术人 参 考 文 献 1 吉林工 学 院刘云旭 金属热处理 原 理 机 械 工 业 出版 社 1 9 8 1 年 2 陕 西机械 学 院安运铮 热处理工 艺 学 工 业 出版 社 1 9 8 4 年 3 第一汽 车荆遣厂设 备修 连 分 厂 机 械 工 程 材 料 手册 机 械 工 业 出版 杜 1 9 8 2 l 4 工程材料 实用手册编辑 委 员 会 工 程材料 实用 手册 中国标准 出版杜1 9 8 8 j 5 简明 热处理手 册蝙 写姐 简明热 处理 手册 北京 出版社1 9 8 8 年 6 安 继儒 荆秀芝等 中外常用 金 属材料 手册 陕 西省 标 准化情研 报究所1 9 8 4 7 机 械 设 计 手 册 联 夸 编 J a 机 械 设 计手册 化学工业 出版杜 1 9 8 7 年 8 紧固件国家标堆汇编 中国标 出版社 1 9 8 7 年 9 有 关 标 准 上接 第 4页 先 进水 平 3 1 9 9 5 年高效焊接 各项 指标 平均焊 接高效化率为6 O 其 中大型 船厂为 7 O 中小型 船厂为5 O 焊接 自动化 半 自动 化率 达3 8 CO 气保护 焊 重力焊和下行 焯三项 之 和 达2 5 CO 气保 护焊 平均应用率达 1 8 大 型 船厂 达2 O 中小型 船厂不低 于 l 5 焊接生 产率 焊 工人均 日耗焊材量 应 比 七五 束期提高 2 O 以上 七五 期 间人均 日耗埠材指标为 5公 斤 18 4