熱處理緊固件表面與芯部硬度關(guān)系論文
液壓設備的整個(gè)系統中會(huì )采用大量的緊固件進(jìn)行裝配和緊固，由于液壓設備系統屬于動(dòng)態(tài)設備，對安全性的要求會(huì )比較高，在緊固件的選用中也會(huì )大量采用高強度的產(chǎn)品，高強度緊固件由于需要進(jìn)行熱處理調質(zhì)，如果生產(chǎn)工藝不穩定，會(huì )對緊固件產(chǎn)品產(chǎn)生非常大的影響，因此在安裝前會(huì )對緊固件進(jìn)行抽樣檢測。行業(yè)中，最普遍、最重要的機械性能檢測方法之一就是硬度試驗，常規的硬度檢測方法包括洛氏硬度、維氏硬度和布氏硬度。而維氏硬度除了用于考核緊固件的硬度指標之外，還可以考核緊固件的脫碳和增碳。由于在GB/T3098.1-2010 的有關(guān)螺栓、螺釘和螺柱的機械和物理性能的中有“緊固件的表面硬度不應比芯部硬度高出30 HV單位”的注釋?zhuān)虼�，緊固件的檢驗人員經(jīng)常會(huì )做出這樣的檢測結論：“芯表硬度差異超過(guò)30 HV，不合格”。本文針對這一判定結果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望能夠給從事檢驗的人員予一定的.啟示。
1、試驗目的
1.1常規硬度試驗目的
常規硬度試驗根據GB/T 3098.1-2010 中9.9.1 條款的規定，對不能實(shí)施拉力實(shí)驗的緊固件：測定緊固件的硬度;對能實(shí)施拉力試驗的緊固件：測定緊固件的最高硬度。即公稱(chēng)長(cháng)度l<2.5 d(d 為公稱(chēng)直徑)的產(chǎn)品，因無(wú)法進(jìn)行拉力試驗，需要考核它的最高和最低硬度，對于可以進(jìn)行拉力試驗的產(chǎn)品，由拉力試驗考核性能下限，硬度考核性能上限。因此，在GB/T3098.1-2010中的只規定了最小拉力載荷，并沒(méi)有規定拉力上限(有部分產(chǎn)品規定了拉力上限，如GB/T 1228 和ASTM A490 等鋼結構緊固件都規定了拉力載荷的上限和下限，本文只針對滿(mǎn)足GB/T3098.1-2010標準要求的常規緊固件產(chǎn)品。)
1.2小力值維氏硬度試驗目的
因為根據GB/T 3098.1-2010 的規定，緊固件的硬度測試的仲裁采用維氏硬度(F ≥ 9 8 N)，即硬度的仲裁應采用HV10 或以上的維氏硬度方法，而碳勢評定(脫碳和增碳)應采用HV0.3。使用小負荷維氏硬度進(jìn)行硬度試驗，是基于硬度值的變化和含碳量有直接的關(guān)系，在同一組織狀態(tài)下，含碳量的減少會(huì )導致硬度值的下降，根據硬度值的分布梯度來(lái)測定增、脫碳的深度。
1.2.1脫碳試驗
通常把黑色金屬材料(鋼)表面含碳量降低的現象稱(chēng)為脫碳。表面硬度和芯部硬度的差值是用來(lái)控制熱處理工藝質(zhì)量(表面脫碳或滲碳)，本身并不反映緊固件的整體機械性能，因此，只有經(jīng)過(guò)熱處理的8.8級以上的緊固件才需要檢測脫碳。造成表面脫碳主要是因為原材料退火或在調質(zhì)處理過(guò)程中，爐內保護氣體的碳勢控制不當造成的。表面脫碳有可能導致緊固件螺紋強度降低甚至在安裝使用中產(chǎn)生脫扣，造成失效。所以，在線(xiàn)材退火、緊固件熱處理之后分別進(jìn)行脫碳檢測，是非常有必要的。因為脫碳是表面碳的損耗，因此是可逆的，可以進(jìn)行返工。
如緊固件性能等級在8.8 級以上、螺距p ≥1.25mm，則可進(jìn)行硬度法測試脫碳。測試第2 點(diǎn)和第1 點(diǎn)的硬度應在同一牙上進(jìn)行測量(見(jiàn)圖3)。第2點(diǎn)的維氏硬度值HV(2)應等于或大于第1 點(diǎn)維氏硬度HV(1)減去30 個(gè)維氏單位，螺紋未脫碳層的高度E 應符合表2規定的技術(shù)要求。
1.2.2增碳試驗
基體金屬表面碳含量的增加被稱(chēng)為增碳�！熬o固件的表面硬度不應比芯部硬度高出30 HV單位”，這是GB/T 3098.1-2010 標準中對8.8 級以上(含8.8 級)的緊固件產(chǎn)品規定的最高表面硬度。同時(shí)對10.9 級和12.9 級緊固件的最高表面硬度明確規定為390 HV和435 HV。與脫碳試驗相類(lèi)似，最高表面硬度是用來(lái)控制熱處理質(zhì)量(表面脫碳或增碳)，本身并不反映緊固件的整體機械性能，因此，只有經(jīng)過(guò)熱處理的8.8級以上的緊固件才需要檢測增碳。造成表面增碳的原因是因為在熱處理過(guò)程中，熱處理爐內保護氣體的碳勢控制不當或因對已脫碳產(chǎn)品的表面進(jìn)行復碳時(shí)人為調高碳勢造成表面增碳。過(guò)高的含碳量會(huì )使螺紋表面硬度增加，導致緊固件的脆性或降低疲勞強度，因此，在緊固件熱處理完成后，需要對產(chǎn)品進(jìn)行增碳試驗測試。
2、試驗方法
2.1常規硬度試驗方法
GB/T3098.1-2010 標準9.9.4.3規定：在表面測定硬度，應去除表面鍍層或涂層，并對試件適當處理后，在頭部平面、螺紋末端或無(wú)螺紋桿部測定硬度。如表面硬度超出最高硬度要求，則應在距螺紋末端1 倍螺紋直徑處取一截面，并應經(jīng)適當處理。在1/2 半徑與軸心線(xiàn)間的區域內測定硬度，硬度值不得超過(guò)最高硬度要求。如有爭議，使用維氏硬度進(jìn)行仲裁測試。常規硬度試驗方法中并未規定表面硬度和芯部硬度之間的差值。同時(shí)，標準規定：對熱處理緊固件，在1/2半徑區域內測定的硬度值之差，若不大于30HV，則證實(shí)材料中馬氏體已達到90%的要求。
2.2小力值維氏硬度試驗方法
2.2.1脫碳試驗方法
GB/T 3098.1 標準規定：應從完成全部熱處理工序，并應去除鍍層或其他涂層后的緊固件上制取試樣。在距螺紋末端約一個(gè)公稱(chēng)直徑(1d )、沿螺紋軸心線(xiàn)截取一縱向截面的試件，試件應嵌入塑料中或安裝在夾具中。安裝后，對表面進(jìn)行研磨和拋光，直至可進(jìn)行金相檢查。
2.2.2增碳試驗方法
GB/T 3098.1-2010 規定，可以采用以下方法之一進(jìn)行增碳試驗：
1)在縱向截面上測定硬度;
2)在表面測定硬度，如有爭議，以及當p ≥1.25mm時(shí)，按緊固件縱向截面硬度試驗為仲裁試驗。
3、結語(yǔ)
基于以上分析，可判定“緊固件的表面硬度不應比芯部硬度高出30 HV單位”是用來(lái)檢測熱處理緊固件表面是否增碳，而不是檢測緊固件機械性能的指標，在緊固件維氏硬度檢測中，應當將HV10 或以上(用于檢測緊固件硬度的方法)和HV0.3(用于檢測緊固件脫碳、增碳的方法)區分開(kāi)來(lái)，用芯部硬度(HV10檢測)的數值與表面硬度(HV0.3 檢測)的數值相比較，得出一個(gè)芯表差異超過(guò)30 HV，然后判定該樣品不合格是不正確的;只有使用HV0.3 同時(shí)測定表面硬度和芯部硬度時(shí)，測得緊固件的表面硬度和芯部硬度的差值超過(guò)30 HV，然后判定不合格，才是正確的。由于液壓設備對配件質(zhì)量的要求比較高，在液壓設備緊固件質(zhì)量的驗收中，要嚴格按照標準的要求對每一個(gè)考核指標，都要采用標準規定的檢驗方法，得出標準規定的檢驗結論，否則很有可能造成誤判或不規范判定。緊固件的質(zhì)量對于液壓設備運行當中的安全性而言，可能是決定性的。因此，緊固件的規范性檢測是相當重要的。
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