Som kärnkomponenter i mekaniska anslutningar bestämmer skruvprestanda direkt tillförlitligheten och säkerheten för utrustning. Värmebehandling är en kritisk process som modifierar den inre strukturen för skruvar genom att kontrollera uppvärmning, isolering och kylningsprocesser för att uppnå önskade mekaniska egenskaper (såsom styrka, hårdhet och seghet). Skruvar tillverkade av olika material (såsom kolstål, legeringsstål och rostfritt stål) kräver skräddarsydda värmebehandlingslösningar för att uppfylla kraven i olika applikationer (som bil, konstruktion och flyg- och rymd).
Kärnan syftet med skruvvärmebehandling
Skruvar måste tål belastningar som spänning, skjuvning och påverkan under drift, och vissa måste också tåla hårda miljöer som korrosion och höga temperaturer. Kärnmålet med värmebehandling är att skapa en balans mellan styrka och seghet, som kan kategoriseras i tre huvudkategorier:
Prestationsförbättring (det viktigaste målet): Genom att modifiera den inre strukturen (såsom bildning av martensit eller sorbit) ökas draghållfastheten, avkastningsstyrkan och hårdheten på skruven, vilket förhindrar plastdeformation eller sprickor under belastning. (Typiska applikationer inkluderar bilmotorblockskruvar och brygganslutningsskruvar, som måste tåla höga belastningar utan deformation.)
Lindra intern stress: Efter kall rubrik (bildning) och bearbetning förblir restspänning i skruven, vilket lätt kan leda till sprickor eller dimensionell deformation under efterföljande användning. Värmebehandling, genom processer såsom lågtemperaturtempering och stressavlastning glödgning, kan frigöra dessa interna spänningar och säkerställa dimensionell stabilitet. (Typiskt användningsfall: Mikroskruvar som används i precisionsinstrument kräver extremt hög dimensionell noggrannhet (t.ex. toleranser på ± 0,01 mm).)
Förbättra bearbetbarhet: Vissa material med hög hårdhet (som högkolstål) är svåra att bearbeta direkt. Glödgning kan minska hårdheten och öka plasticiteten, underlätta kall rubrik eller tråd. Kylning och härdning kan sedan användas för att öka styrkan. (Typiskt användningsfall: 45# stålskruvar glödgas innan du bildas (för att minska hårdheten till HB180-220), följt av släckning och härdning efter bearbetning (för att öka hårdheten till HRC35-40).)
Vanliga skruvmaterial och motsvarande värmebehandlingsprocesser
Valet av skruvmaterial bestämmer värmebehandlingsvägen. Skillnaderna i sammansättning (såsom kolinnehåll och legeringselement) mellan olika material leder till helt olika fasomvandlingsegenskaper och prestandakrav. Följande är processkombinationer för tre mainstream -material:
Lågkolhaltigt stål Q235, 10# Stål: Kärre värmebehandlingsprocess (förgasning av släckning av låg temperaturtempering)
Medelkolstål 45# stål, 35# stål: genomhärdande medelstora temperatur
Alloy Structural Steel 40Cr, 35CrMo: släckning och härdning (släckning av hög temperaturtemperning)
Martensitic rostfritt stål 410, 420: släckande låg temperaturtempering
Viktiga processlänkar för skruvvärmebehandling
Skruvvärmebehandling kräver strikt kontroll av trestegsparametrarna för "uppvärmning - hållning - kylning" för att undvika defekter som otillräcklig hårdhet, sprickor och deformation. Följande är en detaljerad analys av kärnprocessen:
Förbehandling: Glrealing/Normizing (förberedelse för efterföljande bearbetning eller slutlig värmebehandling)
Glödgning: Värm långsamt skruven till 30-50 ° C över AC3 (hypoeutectoid stål) eller AC1 (hypereutektoidstål), håll under en tid och svalna sedan långsamt i ugnen (kylhastighet ≤ 50 ° C/h).
Syfte: Minska hårdheten (t.ex. 45# stålhårdhet ≤ HB229 efter glödgning), lindra bearbetningsspänningar och förfina kornstorleken i förberedelse för kall rubrik eller släckning.
Normalisering: Uppvärmning till en temperatur som liknar glödgning, men hålls följt av kylning i luften (kylhastighet snabbare än glödgning).
Syfte: producera en finare pärlemorstruktur med en något högre hårdhet än glödgning (45# stålhårdhet HB170-230 efter normalisering). Lämplig för icke-kritiska skruvar med vissa styrka krav.
Stärkande behandling: släckningstemning (bestämmer skruvens slutliga mekaniska egenskaper)
(Släckning) uppnår hög hårdhet, men också sprödhet: skruven upphettas till "austenitiseringstemperaturen" (t.ex. 840-860 ° C för 45# stål, 830-850 ° C för 40CR-stål), som hålls vid denna temperatur för att tillåta mikrostrukturen att omvandlas till austenit. Snabb kylning (t.ex. vatten- eller oljekylning) gör det möjligt för austeniten att förvandlas till martensit, vilket avsevärt ökar hårdheten.
(Temperering) Balansering av hårdhet och seghet (kärnan "Tuning" -steget): Den släckta skruven värms upp till "sub-AC1-temperatur" (inte högre än 727 ° C för att undvika austenitisering), hålls vid denna temperatur, och sedan kyls till att delas med att behålla en martensit till tempererad martensit, troostit och troostit, röda britenhet när det delas av en viss grad av underhåll.
Ythärdning: Förgasning/nitrering (för hög ythårdhetskrav)
För stålskruvar med låg kolhalt (såsom 10# stål) på grund av deras låga kolhalt (≤0,15%), kan full kylning inte uppnå hög hårdhet. Ytförgasning krävs för att öka ythårdheten samtidigt som kärnan bibehålls.
Förgasningsprocess: Skruven placeras i en förgasningsugn (som innehåller ett förgasningsmedel såsom metan eller propan) vid 900-950 ° C under 2-6 timmar för att höja ytkolinnehållet till 0,8%-1,2%. Skruven släcks sedan och härdas vid låg temperatur.
Vanliga defekter och förebyggande av skruvvärmebehandling
Under värmebehandlingsprocessen kommer felaktig parameterstyrning eller driftsfel att få skruvarna att skrotas. Vanliga brister och förebyggande åtgärder är följande:
Otillräcklig hårdhet
Orsaker: 1. Kylningstemperatur för låg; 2. Otillräcklig hålltid; 3. Långsam kylningshastighet
Förebyggande åtgärder: 1. Ställ in släcktemperatur enligt materialspecifikationer; 2. Se till att tillräcklig hålltid; 3. Använd vattenkylning för stål med låg koldioxidstål och oljekylning för legeringsstål
Släckande sprickbildning
Orsaker: 1. Överdriven uppvärmningshastighet (stor inre och extern temperaturskillnad); 2. Överdriven kylningshastighet; 3. Skarpa hörn/sprickor i skruven
Förebyggande åtgärder: 1. Långsam uppvärmning (iscensatt uppvärmning); 2. Använd oljekylning eller austempering för legeringsstål; 3. Ta bort skarpa hörn under bearbetning och inspektera för ytfel i förväg
Dimensionell deformation
Orsaker: 1. Ojämnt uppvärmning/kylning; 2. Asymmetrisk skruvform; 3. Otillräcklig härdning
Förebyggande mått: 1. Använd en enhetlig värmningsugn och rotera skruven under kylning; 2. Optimera skruvdesignen (minska variationerna i väggtjockleken); 3. Tolk omedelbart efter släckning.
Oxidation och avkoppling
Orsak: Överdriven luft i värmeugnen, vilket leder till ytoxidation eller kolförlust.
Förebyggande mått: 1. Använd en skyddande atmosfärsugn (kväve/väte); 2. Applicera anti-oxidationsbeläggning på skruvytan före uppvärmning.
