非調(diào)質(zhì)鋼制螺栓時(shí)效溫度對(duì)沖擊韌性的影響
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非調(diào)質(zhì)鋼制螺栓時(shí)效溫度對(duì)沖擊韌性的影響
本文摘自金蜘蛛技術(shù)篇
1、問(wèn)題的提出
高強(qiáng)度螺栓用非調(diào)質(zhì)鋼主要是冷作細(xì)晶非調(diào)質(zhì)鋼，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處理，且可減輕螺紋牙尖的脫碳傾向，提高螺栓成品率，經(jīng)濟(jì)效率十分明顯。
非調(diào)質(zhì)鋼常用的微合金化元素有：Ti、Nb、V、B等。在軋制前的加熱過(guò)程中應(yīng)保證微合金化元素充分固溶，隨后在控制軋制、冷卻過(guò)程中析出彌散微細(xì)的微合金化元素碳氮化物，抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，得到細(xì)小的晶粒，在提高螺栓鋼強(qiáng)度的同時(shí)又能改善韌塑性。
如馬鋼生產(chǎn)的MFT8、 MFT9非調(diào)質(zhì)鋼，在汽車制造工業(yè)中獲得迅速發(fā)展和應(yīng)用；非調(diào)質(zhì)鋼制造的螺栓主要為7T級(jí)和8.8級(jí)，少量9.8 級(jí)雙頭、U型螺栓也采用非調(diào)質(zhì)鋼制造。時(shí)效處理是非調(diào)質(zhì)鋼緊固件的最后一道工序，也是非調(diào)質(zhì)鋼緊固件強(qiáng)化的重要工藝之一。由標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3098.22—2009《緊固件機(jī)械性能 細(xì)晶非調(diào)質(zhì)鋼螺栓、螺釘和螺柱》和文獻(xiàn)可知，通過(guò)冷拉變形和時(shí)效處理制備的非調(diào)質(zhì)鋼螺栓強(qiáng)度、塑性能夠滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求（如8.8級(jí)，9.8級(jí)），然而對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼螺栓的沖擊韌性卻少有研討。
螺栓在交變載荷下會(huì)引為震動(dòng)而相互撞擊，需承受較大沖擊力，易發(fā)生沖擊斷裂失效，故螺栓的沖擊韌性直接影響到車輛的安全系數(shù)。因此，研究非調(diào)質(zhì)鋼螺栓的沖擊韌性具有實(shí)際和工程應(yīng)用意義。
選用典型的細(xì)晶非調(diào)質(zhì)鋼材牌號(hào)化學(xué)成分，見(jiàn)表1。
2、試驗(yàn)結(jié)果與討論
從冷拔后的線材上切取時(shí)效處理試樣，在熱處理網(wǎng)帶爐中分別進(jìn)行250℃X3h、300℃X3h、350℃X3h的時(shí)效處理（時(shí)間為網(wǎng)帶回火爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間）。根據(jù)GB/T229-2007標(biāo)準(zhǔn)加工沖擊試樣，尺寸為55mm X 5mm X10mm,采用V形缺口，選擇沖擊能量為150J的落錘，記錄沖擊吸收能量Akv。
時(shí)效與未時(shí)效處理試樣相比，在250℃時(shí)效處理試樣的沖擊吸收能量沒(méi)有明顯變化，均為23J；時(shí)效溫度升高至300℃時(shí)，沖擊吸收能量增大至25.5J，比時(shí)效處理前提高了約10.9%，繼續(xù)升高時(shí)效溫度，沖擊吸收能量又出現(xiàn)降低為23～24J。
時(shí)效溫度對(duì)沖擊吸收能量的影響也反映在沖擊斷口形貌中，未時(shí)效處理試樣斷口中纖維區(qū)面積較少，剪切唇區(qū)不明顯，放射區(qū)較大；隨著時(shí)效處理溫度提高，試樣斷口中纖維區(qū)面積逐漸增大，放射區(qū)逐漸減小；當(dāng)溫度升高到300℃后，其試樣斷口中纖維區(qū)面積最大，且放射區(qū)面積最小；時(shí)效處理溫度繼續(xù)升高，纖維區(qū)面積又出現(xiàn)減小而放射區(qū)面積又增大。 時(shí)效處理對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼螺栓沖擊韌性的影響主要?dú)w因于時(shí)效處理引起的顯微組織變化。一方面，時(shí)效處理后位錯(cuò)密度的降低會(huì)引起位錯(cuò)間交互作用的幾率減小，位錯(cuò)易于運(yùn)動(dòng)，同時(shí)位錯(cuò)密度的降低還會(huì)使位錯(cuò)塞積數(shù)目減少，應(yīng)力集中降低，有助于改善韌性；另一方面，尺寸較小的亞結(jié)構(gòu)形成，會(huì)使亞晶界總面積增大，裂紋擴(kuò)展阻力增大，裂紋萌生推遲，斷裂應(yīng)力增大，從而提高螺栓材料的韌性。
3、結(jié)束語(yǔ)
對(duì)于較低溫度時(shí)效處理的試樣（250℃X3h），由于溫度低，鐵素體內(nèi)部位錯(cuò)相互作用不充分，只有部分穩(wěn)定或亞穩(wěn)定狀態(tài)的組織結(jié)構(gòu)形成，因此，其沖擊韌性未達(dá)到最佳值。而當(dāng)時(shí)效處理溫度較高時(shí)（350℃X3h），螺栓材料強(qiáng)度會(huì)明顯降低，因此，其沖擊韌性也會(huì)相應(yīng)惡化。 隨時(shí)效處理溫度的升高，試樣螺栓材料的沖擊韌性先增后降低，經(jīng)300℃X3h時(shí)效處理后具有較好的沖擊韌性，沖擊吸收能量為25.5J，比時(shí)效前提高了約10.9%，這主要是因?yàn)闀r(shí)效處理后位錯(cuò)密度降低和尺寸較小的亞結(jié)構(gòu)形成所致。