经典：】紧固件的性能与材料之硬度篇

1、2021/8/61紧固件的性能与材料第五部分用材料来满足性能的要求2021/8/62紧固件的性能与材料 根据标准或用户的要求选择了材料的范围，如何用这范围里的材料来满足性能要求才是最终目的。 一、材料的强度与冷作硬化的关系 1、硬度与强度对照表 由表我们可以看出来这样一个概念，强度不是孤立存在的，它与材料的硬度状态有关系。 2、拉伸状态 以BS3111为例2021/8/63 由BS3111可以看出材料在不同拉伸情况下的性能是不同的，也就是说硬度是不同的，这就是我们平时选择拉丝料时所谓的退火料，低温退火、球化退火或是生拔料的来历了。 2、 一般性况下材料在发生冷塑性变形后硬度会随变形量的不断加大

2、而提高，当然这也是在一定的范围内的事，有一个较为典型的实例是冷拉弹簧钢丝，过去是单筒（头）拉丝机上一次一次地拔丝退火，可是后来发展了多筒连续拉丝机后，情况就发生了根本的变化，在高速短时间内经过6至更多筒拉拔后达到最终的钢丝直径要求而且硬度非常理想。2021/8/64 当然啦，这仅仅是冷变形式一种形式，还有象我们平时的一些平键，弹簧垫圈，波形垫圈，这些是另外的轧制方式，以此来达到更大的变形同时具备较高的硬度，这样我们弹簧垫圈和波形弹垫一般可以不用热处理，更关键的一个好处是，在镀锌时可以避免氢脆现象发生，这种变形所获得的硬度相对热处理所获得的要低一些，其更主要的是金相组织有根本的不同，要热处理就要

3、选择高碳钢或弹簧钢，经过热处理后所获得的是经过低温回火后的回火马氏体组织，这种组织在40HRC以上易吸收氢使产品生产氢脆趋势，如果不能及时驱氢后2021/8/65 果则是大家所不愿看到的。 用这些冷拉的材料可以制作一些普通销子比如开口销，锁销，铆钉（旋铆用的一种铆钉）等等。 当然来有一类平垫它要求240HV以上，这也可以用冷轧板来制作。讲到这里我想起这么一个实例，有人给我来了个邮件，说他的客户要求他所提供的平垫硬度在240HV以上，我说可以达到的，要么你热处理一下，他说费用太大了，那我就提到你可以选冷轧板来直接冲成形就是了，可这位仁兄问我什么是冷轧板，我无语了。后来我直接建议说，如果这个还没有

4、搞2021/8/66 清楚的话，你就先不要接这个产品，等干一段别的产品以后逐步明白了再干也可以，免得经济上受损失，我给你说一次两次可以，但我不可能天天管你这事，我要工作我也要生活，就是雷锋也要吃饭的。这个我们就暂且放下 4、还有一类产品是我们平常产品中占相当比例的不锈钢类产品，这类产品中的奥氏体钢类产品它不能淬火，而又要达到强度的要求怎么办，它主要就要靠冷作硬化产生的硬度来达到产品的性能要求，在冷镦成形时要注意的是头部和杆部的变形量要分配相对均匀一些要不然将会出现头部硬度高而杆部硬度不够的局面，2021/8/67 到那个时候谁也没有办法挽救，在网上常常有人在发这样的贴子，问强度达不到能不能通过

5、热处理挽救，可大家都是爱莫能助。 也就是在冷镦是杆部采用缩杆工艺以提高杆部的变形量相对减小头部的变形量，这样使杆部分配到一定的变形硬化，从而提高杆部硬度。 5、 有一类产品平时不为人们所注意，那就是铁钉、及木螺钉，这些产品简单价格也低廉，它所利用的就是低碳钢的大变形冷作硬化来实现其自身的性能要求。2021/8/68 二、热处理与强度的关系 大家都比较了解，一般黑金属产品经过热后就可以达到我们所要求的性能要求，没错，我们一般螺栓8.8级以上产品，10级以上螺母都要经过热处理来在到性能要求，在前面我们一些了解了产品的机械性能要求，材料的一般性能，现在我们就要用热处理这根线将这些串在一起了，对于一般

6、材料都有一个淬透性，这是相当一部分人所不注意的地方，那么我们就先看一下几个典型的淬透性曲线。 1、35、ML35 、SWRCH35K2021/8/69 2、45，ML45 3、35CrMo, SCM435 4、42CrMo, 35CrMoV 通过看淬透性曲线大家可以看到这些钢材都有它的应用直径范围，不是说对于M8我用ML35就可生产8.8甚至于9.8，可是M20你可以吗，通过这次学习最起码我们可以了解到这么一个东西，这是不可以的，因为芯部硬度是达不到的，在3098.1中规定芯部是不能比表面硬度低30HV的。那又如何是好呢，我们可以通过选取淬透性更好一些的材料来实现这个性能要求，比如2021/8

7、/610 35CrMo等等，有人说了，40Cr可不可以用，可以，这是肯定的，但是在较为重要的地方慎重一些，因为这个材料的稳定性并不是太好，最好是ML40Cr ，因为这样杂质含量比竟可以低一些，而我们一般的客户并不能限制钢厂如何达到我的要求，我们处于相对弱势地位，我们只能通过选用一些稍好的材料来代替一般用的材料，这样可以规避一些不必要麻烦，对于一般的用户真的因材料而出了质量问题，你去找钢厂打官司，太难了，所以对于我们来说选材更为重要一些，选取材上要稍保守一些为好，比如有些人经常在网上问到，我可不可以用45钢作10.9级2021/8/611 螺栓，我给的忠告是：不要玩火，你能挣得起钱，可是你不一定

8、就能赔的起钱，以质量为重，从性能要求中大家可以看得出，性能不单单是硬度一项要求，也不是硬度和抗拉要求，而小数点后面的8或是9是我们最要注意的，它是要求产品要有一定的塑性才行，要不然就是抗拉达到了也该断了，这样的产品反过来说你敢要吗？对于有些不重要的民品可以打一下马虎眼，可是对于给汽车航天航空产品哪个人敢这样，你有几个脑袋也不够砍的。别说等到你的产品上线，在产品的样品阶段都不一定过的了，因为现在一般最2021/8/612 少也要经过，手工样件，OTS（工装样件），PPAP产品批准，SOP爬坡阶段等等，还有6-9个阶段的，没有质量保证手段在这些阶段中哪一个都过不了，稍有丝毫问题就会被踢出局。所以我

9、就有在前面续论中的感言，能把10.9级螺栓作好，就有挣不完的钱。当然我并不反对大家去作12.9级14.9级螺栓，有机会、有实力的都可以试，有实践的指导进步会更快，经验也是由教训中来的。 言归正传，我们还是说我们的热处理吧，一般而言是一种产品加热到Ac3以上30-50度在接近这个温度的过程中材料进行着奥氏体转变2021/8/613 达到温度后保温时间只是能使金相级织充分奥氏体化就可以了，不能保温时间过长否则，会出现晶粒长大现象，将来处理完的产品晶粒粗大，也就使产品的强度降低塑性变差。当然这个温度的选取跟材料牌号相关，也就是涉及到淬透性问题，直径大小，及淬火液都直接相关。这些问题不是我们这次课程的

10、内容，我们也就稍提一下而矣。 淬火液要考虑产品的规格大小，常用的材质等，要保证淬透而且不能开裂，无论是盐水、碱水、851、淬火油，等等。比如有一个小企业他买了一台小炉子（网带炉），他要2021/8/614 我参谋一下用什么淬火液，我问了他的产品范围是，碳钢M12-M24，合金钢M16-M56，在么一个范围内都要能用，我就为他选了碱水，但是告诫他小规格产品千万小心，还好小产品不多，而且在小产品上用了亚温淬火的方法，这样基本上保证了产品的淬火不会出太大的问题。 回火：淬火是将已奥氏体化的钢通过快速冷却再转化淬火马氏体，当然还有一些珠光体组织，马氏体组织是一种非常硬而且脆的组织，对于我们平常的产品是

11、没有用处的，而只能通过紧接后边的回火处理将其转变成回火马氏体组织，以达到具有不定的硬2021/8/615 度而且具备较好的韧性，这才是我们所要的，对于高强度产品的回火马氏体含量是有要求的。在这里要强调的几个问题： A、回火时间 回火时间一般应保证在90分钟以上，这样保证组织转变有充分的时间，否则是皮熟里生，这是相当危险的，这样作看起来表皮达到了要求，里面包裹藏 着“祸芯“，那也是祸根，里面的硬度很高强度却很差， B、回火温度 在性能要求里大家可以看到最后一栏里写了最低回火温度，它也是仲裁的依据，如果你的材料用的有问题就经2021/8/616 不起再回火试验的，比如你用35钢作了10.9 级螺栓，客户一但怀疑，他可以要求作再回火试验，马脚一下就露出来了，因为35钢经不住425度的回火试验的，再回火试验要求硬度不能下降20HV。 C、合金钢回火 一般合金钢在淬火过程中会产生一定量的过冷奥氏，这些组织在回火时会随温的升高到了马氏体转变温度区又接着再转变，不过还会转变成回火马氏体的，所以有时会出现淬火后硬度并不是太高，但回火后硬度反而上升，这就是残余奥氏体的原因，有一个必须记住的事项是：在回火炉的2021/8/617 口上放上水，出炉的产品最好过一下水，这样可以避免出现2类回火脆性，如果真出现了就得