紧固件科普篇(二)

     

本文为  紧固件科普篇(一) 的接续

2。2 专用螺纹紧固件

2。2。1 紧定螺钉

      国标GB/T3098.3 中紧定螺钉的力学性能等级见表14。紧定螺钉的用材和热处理方法与通用紧固件基本相同,可参照螺纹紧固件的热处理工艺进行。

表14  紧定螺钉的力学性能要求

2。2。2 自攻螺钉、自攻锁紧螺钉和自钻自攻螺钉

      这几种螺钉用渗碳刚制造,经浅层渗碳(或碳氮共渗)后淬火低温回火,达到其力学性能要求。它们的力学性能要求详见GB/T3098.5、GB/T3098.7、GB/T3098.11。下面把这些标准中有关深层深度、硬度要求以及推荐材料列于表15中。

表15  自攻螺钉、自攻紧定螺钉、和自钻自攻螺钉的渗碳深度、硬度和推荐材料

     这种螺钉由于要求具备能自攻、自钻低碳钢板能力,因此要求有高硬度的表面以实现切削和挤压能力。与此同时还必须具备足够的心部强度和韧性的配合,以防止在服役过程中发生扭曲和折断。 

      这类螺钉的渗碳属于浅层渗碳。国内外大都选用网带炉或振底炉连续生产线。可以用螺纹紧固件复碳的设备进行浅层渗碳处理,但碳势需要重新标定。

2.2.3 防腐耐蚀紧固件

      一般在常温下防止大气腐蚀的紧固件,可以用普通钢材制造,然后经过表面镀锌或镀铬,也可以用化学热处理方法来提高表面耐蚀性。但当耐蚀性要求更高时,就应选用不锈钢制造。

      1)不锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母的材料和力学性能。

      根据GB/T3098.6 规定,不锈钢紧固件的材料用英文字母A、B、C和F+数字表示,英文字母+数字在前。中间一字线“——”,后面的数字表示力学性能的等级,该数字是其抗拉强度(MPa)的1/10。详见表16。

表16  不锈钢紧固件的性能标记

      材料的化学成分和对应的钢种见表17。

表17  不锈钢紧固件材料

      马氏体不锈钢和铁素体不锈钢紧固件的力学性能见表18。

表18  马氏体和铁素体不锈钢紧固件力学性能

     奥氏体不锈钢紧固件力学性能见表19。

表19  奥氏体不锈钢紧固件力学性能

     2)典型不锈钢种的耐蚀性能。

      1Cr13、2Cr13钢具有较高的韧性和冷变形性能,经过热处理后抛光的螺栓和螺母,在弱腐蚀介质(如盐水溶液,一定含量的硝酸、醋酸及若干含量不高的有机酸等)中,温度不超过30°C的条件下有良好的耐蚀性;但在硫酸、盐酸、热磷酸、热硝酸、熔融碱、水果汁、蔬菜汁及乳制品中耐蚀性差。

      Cr17Ti钢在退火状态下使用,在硝酸和有机酸(除醋酸、蚁酸、草酸外)中有良好的耐蚀性。

      1Cr17Ni2、2Cr17Ni2钢经淬火、同火后具有高的强度、韧性和耐蚀性。对氧化性的酸类(一定温度、含量的硝酸,大部分的有机酸),以及有机盐类的水溶液,都貝有良好的耐蚀性。

      1Cr18Ni9Ti钢经固溶处理后呈现单相奥氏体组织,在不同温度和含量的各种强腐蚀介质中(如硝酸、大部分有机酸和无机酸的水溶液、磷酸、碱及煤气等)均有良好的耐蚀性。

      Cr18Ni12Mo2钢由于Ni和Mo的增加,增强了在稀硫酸中的耐蚀性。可用于硫酸氨化肥、人造纤维等工业使用的1%-20%(wt)稀硫酸中。 

      3)坯料预备热处理。

      奥氏体不锈钢经过固溶处理使其软化。固溶温度一般在1000-1150°C,加热均匀后水冷,直径小于6mm的线材,在牵引式可控气氛连续退火炉中加热后可在强循环的可控气氛中气冷。固溶热处理后得到单一而均匀的奥氏体组织,硬度低,便于冷成形。铁素体和马氏体不锈钢一般要求低于临界点退火,包括再结晶退火。退火温度在700℃-780°C之间。

      4)成品或半成品的最终热处理为了达到GB/T3098.6 规定的力学性能要求,奥氏体和铁素体不锈钢的强化途径主要是冷作硬化。例如1Cr18Ni9Ti螺栓采用冷拉、冷镦及滚压螺纹后,其强度可达1078MPa以上,马氏体不锈钢紧固件,屈服强度要求≥700MPa的,需经淬火和回火。淬火温度在925-1050°C之间,980°C附近加热可获得较高的淬火硬度。各种紧固件用不锈钢的热处理工艺规范可参考表20。

图20  几种不锈钢热处理规范及力学性能

      不锈钢热处理应尽可能在可控气氛中进行。奥氏体和铁素体不锈钢以及Cr17Ni2等马氏体不锈钢,因其铬含量较高,应选用氢气或氨分解气保护,炉子要求有耐热钢炉罐,炉气露点应控制在-60°C以下。对于Cr13型不锈钢推荐采用氢含量高于18%(体积分数)的氨燃烧气保护,露点也要控制在-60°C以下。CO对铬是氧化性气氛,因此,含有CO的各种保护气氛都不能用于不锈钢的热处理。

      4)耐高温和耐低温的螺纹连接副。

      GB/T3098.8 规定了耐热用螺纹连接副。这类连接副既要承受高温、交变载荷,又要在相当大的程度上保持预紧力和耐疲劳强度的工况条件下使用。要求具有高的抗松弛性、足够的强度、低的缺口敏感性、一定的持久强度、小的蠕变脆化倾向和良好的抗氧化性。表21列出了不同温度下,耐热螺纹连接副的材料选用。表22为几种钢材的高温力学性能。表23为几种钢材的抗松弛性能。

表21 不同温度下耐热钢螺纹连接副的材料选用

表22  几种钢材的高温力学性能

表23  几种钢材的抗松弛性

      在低温条件下工作的螺栓和螺母,当工作温度低于某一临界值时,钢材的韧性急剧下降而产生脆断。所以应选用适当的钢材和热处理工艺,使其在较低的工作温度下仍能保持一定的韧性。一般钢(除硼钢外)在-30°C以上工作时的Ak值降低不大。目前国标中还没有对低温下工作的螺纹连接副作专门的规定。本文仅根据有关资料作简单的介绍。表24介绍了几种钢材,这些钢材适用于制造在-30°C至-196℃低温下工作的螺纹连接副。

表24  几种钢材低温冲击值

     5)耐磨螺栓和螺母。

某些螺栓和螺母(如调节螺栓和螺母、部分轮胎螺栓和杯形螺母等),经常需要调整或装卸,应采取增加耐磨性措施,如滲碳、碳氮共渗或高频感应加热淬火。这些螺栓和螺母常选用Q235A、Q235B、10、20、15Cr、20Cr等,也有用Y12易切削钢制造,经过渗碳或碳氮共渗,达到表面耐磨的目的。一般螺距在1mm以下的,渗层深度选0.05-0.15mm;螺距1mm以上选0.15-0.30mm。表面硬度为76~85HRA。有些40Cr、35CrMo或42CrMo螺栓,经高频感应加热淬火,使表面硬度达到50-55HRC,以达到耐磨的目的。

      1Cr13、2Cr13及1Cr18Ni9Ti等不锈钢螺栓和螺母为了耐磨或防止咬死,常进行渗氮处理。为了防止脆性过大,可采用较高温度(如620℃左右)的气体渗氮或氮碳共渗(软氮化)。

 

(未完待续)

end

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