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行业新闻

非调质钢制螺栓时效温度对冲击韧性的影响|鑫灏T型螺栓厂
1、问题的提出 

高强度螺栓用非调质钢主要是冷作细晶非调质钢,可省略螺栓冷拔前的球化退火和螺栓成形后的淬火并回火处理,且可减轻螺纹牙尖的脱碳倾向,提高螺栓成品率,经济效率十分明显。 

非调质钢常用的微合金化元素有:Ti、Nb、V、B等。在轧制前的加热过程中应保证微合金化元素充分固溶,随后在控制轧制、冷却过程中析出弥散微细的微合金化元素碳氮化物,抑制奥氏体晶粒长大,得到细小的晶粒,在提高螺栓钢强度的同时又能改善韧塑性。 

如马钢生产的MFT8、 MFT9非调质钢,在汽车制造工业中获得迅速发展和应用;非调质钢制造的螺栓主要为7T级和8.8级,少量9.8 级双头、U型螺栓也采用非调质钢制造。时效处理是非调质钢紧固件的最后一道工序,也是非调质钢紧固件强化的重要工艺之一。由标准GB/T 3098.22—2009《紧固件机械性能 细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱》和文献可知,通过冷拉变形和时效处理制备的非调质钢螺栓强度、塑性能够满足国家标准要求(如8.8级,9.8级),然而对非调质钢螺栓的冲击韧性却少有研讨。 

螺栓在交变载荷下会引为震动而相互撞击,需承受较大冲击力,易发生冲击断裂失效,故螺栓的冲击韧性直接影响到车辆的安全系数。因此,研究非调质钢螺栓的冲击韧性具有实际和工程应用意义。 

选用典型的细晶非调质钢材牌号化学成分,见表1。 

1     典型细晶非调质钢牌号的化学成分      (质量分数w/ %
材料牌号 C Si Mn P S V Nb 其他
MFT8 0.160.26 0.30 1.201.60 0.025 0.015 或添加 添加 /
MFT9 0.180.26 1.251.60 或添加 添加 /
 
 
2、试验结果与讨论 

从冷拔后的线材上切取时效处理试样,在热处理网带炉中分别进行250℃X3h、300℃X3h、350℃X3h的时效处理(时间为网带回火炉运转时间)。根据GB/T229-2007标准加工冲击试样,尺寸为55mm X 5mm X10mm,采用V形缺口,选择冲击能量为150J的落锤,记录冲击吸收能量Akv。

时效与未时效处理试样相比,在250℃时效处理试样的冲击吸收能量没有明显变化,均为23J;时效温度升高至300℃时,冲击吸收能量增大至25.5J,比时效处理前提高了约10.9%,继续升高时效温度,冲击吸收能量又出现降低为23~24J。 

时效温度对冲击吸收能量的影响也反映在冲击断口形貌中,未时效处理试样断口中纤维区面积较少,剪切唇区不明显,放射区较大;随着时效处理温度提高,试样断口中纤维区面积逐渐增大,放射区逐渐减小;当温度升高到300℃后,其试样断口中纤维区面积最大,且放射区面积最小;时效处理温度继续升高,纤维区面积又出现减小而放射区面积又增大。 时效处理对非调质钢螺栓冲击韧性的影响主要归因于时效处理引起的显微组织变化。一方面,时效处理后位错密度的降低会引起位错间交互作用的几率减小,位错易于运动,同时位错密度的降低还会使位错塞积数目减少,应力集中降低,有助于改善韧性;另一方面,尺寸较小的亚结构形成,会使亚晶界总面积增大,裂纹扩展阻力增大,裂纹萌生推迟,断裂应力增大,从而提高螺栓材料的韧性。 

3、结束语 

对于较低温度时效处理的试样(250℃X3h),由于温度低,铁素体内部位错相互作用不充分,只有部分稳定或亚稳定状态的组织结构形成,因此,其冲击韧性未达到最佳值。而当时效处理温度较高时(350℃X3h),螺栓材料强度会明显降低,因此,其冲击韧性也会相应恶化。 随时效处理温度的升高,试样螺栓材料的冲击韧性先增后降低,经300℃X3h时效处理后具有较好的冲击韧性,冲击吸收能量为25.5J,比时效前提高了约10.9%,这主要是因为时效处理后位错密度降低和尺寸较小的亚结构形成所致。