先進緊固件是高端機械制造之本,其作用可為謂“四兩撥千斤”。表面上緊固件產(chǎn)值只占機械行業(yè)的百分之幾。實質(zhì)上,它帶給關鍵構件和裝備的附加值要高得多。如汽車緊固件是經(jīng)濟價值較高的緊固件,由于對品質(zhì)和可靠性的要求很高,我國生產(chǎn)的還不能完全達到國產(chǎn)化;汽車用于關鍵部位的發(fā)動機連桿螺栓、飛輪螺栓、車輪螺栓、懸掛螺栓等,都是關系生命、財產(chǎn)安危的重要緊固件,目前還有40%~60%依靠進口。它們的制造技術雖然與一般的緊固件有某些相似之處,但其制造與檢測技術、裝備、材料、管理控制等,都有極大不同,為緊固件技術最高、最集中的體現(xiàn)。
熱處理是控制緊固件性能、保證長壽命和安全可靠的關鍵技術,是先進材料高端機械裝備競爭力的核心要素。
①“搞好熱處理零件一頂幾”,節(jié)能降耗的潛力巨大;
②提高產(chǎn)品的使用可靠性,保障人民生命財產(chǎn)的安全;
③依托先進的熱處理技術制造出體積小、重量輕、長壽命、高可靠性的緊固件,大幅度提高整機的附加值;
④熱處理領域的研究成果是新材料、新產(chǎn)品、新裝備的催化劑。
近代熱處理技術的發(fā)展有二大特點:一是基于材料組織轉變規(guī)律及其對性能影響的基礎研究不斷深入形成新的熱處理理論與工藝;二是吸取其它學科的成果(例如電磁感應、激光、離子束、化學熱力學與動力學、燃燒技術、傳熱學等等)發(fā)展出新的熱處理技術。我國已成為制造大國,雖然近20年來,熱處理規(guī)??焖僭鲩L,但技術熱處理技術上與世界先進水平還有幾十年的差距,導致國產(chǎn)高端緊固件落后于主機的瓶頸現(xiàn)象日益顯現(xiàn)。
如10.9級高強度螺栓,調(diào)質(zhì)處理能大大提高材料的抗拉強度、規(guī)定非比例延伸應力、提高屈服比和沖擊韌度,使材料具有強度和塑韌性的良好的配合。由于疲勞強度、沖擊韌度的提高,在高強度螺栓設計時就可以采用更小的材料截面,從而減少整機的整體重量,節(jié)省零部件占用空間和能量消耗。
常用的低、中碳結構鋼、低合金結構鋼,在GB/T699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼》、GB/T3077-1999《合金結構鋼》中的20、35、45、20MnTiB、35CrMoA、40Cr、42CrMoA、40CrNiMoA、30CrMnSiA等鋼只有通過調(diào)質(zhì)處理才能充分發(fā)揮合金元素的作用,不調(diào)質(zhì)就等于浪費了寶貴的合金。
GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》新標準的發(fā)布,強調(diào)對8.8級及以上產(chǎn)品的材料要求應有足夠的淬透性,以確保緊固件螺紋截面的芯部在淬硬狀態(tài)、回火前獲得約90%的馬氏體組織。實際上對于8.8級螺紋直徑超過20mm的緊固件為保證良好的淬透性,需采用標準中規(guī)定的合金鋼材料淬火并回火。為此,金相檢驗在緊固件行業(yè)得到快速發(fā)展,金相檢驗不僅是借助于金相顯微鏡來研究金屬材料的內(nèi)部組織,而且還通過肉眼或低倍放大鏡下進行宏觀檢驗。
高強度螺栓的主要失效模式是疲勞,其突出特點是在無明顯變形下突然失效。解決疲勞失效問題的關鍵是熱處理技術。熱處理不僅賦予材料極限性能和賦予高強度螺栓極限服役性能,為高強度螺栓服役提供了保障。因此,緊固件熱處理的非常重要。
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