紧固件的热处理工艺设计综合实验论文(2)

紧固件的热处理工艺设计

则多为螺杆部分的疲劳断裂（主要发生在有应力集中处的螺纹部分），如果螺纹精度低或联接经常装拆，则螺纹牙的滑扣现象也用可能发生。

（2）受剪螺栓联接：这类螺栓在工作中主要承受剪切应力，并与被联接件孔壁互压，此外栓杆还承受一定的弯曲应力（但在个结合面切紧情况下可不考虑），联接的可能损坏形式有：螺栓被剪断，栓杆和孔壁中弱者被压溃，如螺栓兼做销轴并与孔壁相对滑动，则为弱者被磨损。

（3）受拉、受剪螺栓联接：这种联接大多都是拧紧的，在拉伸力和剪切复合力的作用下，其可能发生的损坏形式是：螺栓在抗剪面处断裂，螺纹部分断裂以及栓杆和孔壁中的弱者被压溃。

2.1.4 螺栓材料的性能要求 综上所述，因此，对于普通标准螺栓来说，它对材料的性能要求是：

（1）应该有足够强的抗拉强度、屈服强度和疲劳强度以及适当的硬度，以保证其在正常工作条件下。不致遭到破坏。

（2）应该有良好的塑性和可切削加工性，以便于进行冷镦和切削加工。

对于重要的高强度螺栓，则要求材料应具有较高的抗拉强度、韧性和良好的淬透性、低的缺口敏感度以及较高的抗弯强度和疲劳强度，以免产生松弛现象和过早失效。

对于高温螺纹紧固件，要求材料具有高的抗松弛型、足够的强度、低的缺口敏感度，一定的高温持久强度，小的蠕变脆化倾向和良好的抗氧化性。

对于低温紧固件，当工作温度低于某一临界值时，材料本身的韧性便会急剧下降，极易产生脆断；所以，要求材料应有较好的低温脆性。

对于在腐蚀介质中工作的螺纹紧固件，则要求材料应有良好的耐腐蚀性。

2.1.5 材料的选用

根据材料的性能要求选择合适的材料，现在制造螺栓常用的原材料主要有35钢、45钢、40Cr等。分别对它们进行分析：

35钢：（1）化学成分：含碳量C%=0.32～0.40%，含硅量Si%=i0.17～0.37%，含锰量Mn%=0.50～0.80%，含磷量P%≤0.040%，含硫量S%≤0.04%。

（2）主要特征：含碳量较高，已不适于渗碳，钢的硬度、强度均较高，且有较好的塑性，切削性好，焊接性中等，淬透性仍低，一般在正火或调质状态下使用；机械性能要求不高时也可以在热轧供应状态下使用。

（3）用途：用作截面较小，受力较大的机械零件，如：螺钉、丝杆、拉杆、齿轮等，以及在自动机床上加工的紧固件，但不用作焊接件。

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（4）机械性能：抗拉强度σb=540N/mm²，屈服极限σs=320N/mm²，弯曲疲劳极限σ-1=220～300N/mm²，抗压疲劳极限σ-1I=170～220N/mm²。

45钢：（1）化学成分：含碳量C%=0.42～0.50%，含硅量Si%=i0.17～0.37%，含锰量Mn%=0.50～0.80%，含磷量P%≤0.040%，含硫量S%≤0.04%。

（2）主要特征：45钢是应用最广的一种钢，为高强度中碳钢。其特点是强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性；但焊接性能不还，淬透性较低，水淬是且有裂纹形成倾向。当直径较大时（60～80mm），调质状态和正火状态的机械性能相近，因此，大截面零件常以正火作为最终热处理。

（3）用途：一般在正火或调质，或高频表面淬火状态下使用，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件以及对心部强度要求不高的表面淬火件。一般不做焊接件，如需焊接，则焊接前需进行预热，焊后要进行消除焊接应力退火处理。

（4）机械性能：抗拉强度σb=610N/mm²，屈服极限σs=360N/mm²，弯曲疲劳极限σ-1=250～340N/mm²，抗压疲劳极限σ-1I=190～250N/mm²。

40Cr：（1）化学成分：含碳量C%=0.32～0.44%，含硅量Si%=0.17～0.37%，含铬量Cr%=0.80～1.10%。

（2）用途：一种最常用的合金调质结构钢，用于制造承受中等负荷和中等速度工作条件下的机械零件，如汽车的转向节、后半轴及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等，也可经调质并高频表面淬火后用于制作具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆螺钉、进气阀等。也可经淬火，中温或低温回火，制造承受重负荷的零件，又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和要求低温韧性好的齿轮和轴。

（3）机械性能：抗拉强度σb=750～1000N/mm²，屈服极限σs=650～900 N/mm²；疲劳极限：弯曲σ-1=320～440N/mm²，抗压σ-1I=240～340N/mm²。

综合比较，最终选择45钢，因为45钢是工业生产中应用最广的一种钢，为高强度中碳钢。强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性。它的使用性能可以满足产品零件工作条件的要求，工艺性能适应产品零件的加工要求，且从经济角度考虑，45钢的成本较40Cr低。因此最终选择45钢作为原材料。

2.2加热设备的选择

2.2.1 热处理设备概论

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在机械制造过程中热处理占重要地位，它对保证产品质量，提高机器工作效能和延长机器使用寿命都起着重要的作用，任何一种热处理工艺，只有通过相应的设备才能实现。

目前，热处理设备的种类已十分繁多，根据它们在热处理生产过程中所完成的任务，通常将热处理设备分为主要设备和辅助设备两大类。威力增加产量、提高质量和改善劳动条件，推行流水生产和自动化生产，又组合成了许多综合热处理设备——热处理联合机。

主要设备是完成主要热处理工序所用的设备，包括加热设备和冷却设备。这类设备对热处理效果和产品质量起到决定性的作用，两者之间又以加热设备为主要，包括各种热处理炉和加热设备。

辅助设备是完成各种辅助工序及主要工序中的辅助动作所用的设备及各种工夹具。主要包括清洗设备、校正设备、起重运输设备、控制气氛设备及各种工夹具等。

热处理炉是最主要的热处理设备。为了便于选择使用和分析比较，常依一下几种特征进行分类：

（1）按热能来源分类：电阻炉、燃烧炉。

（2）按工作温度分类：低温炉（≤650℃）、中温炉（650～1000℃）、高温炉（>1000℃）。

（3）按炉膛介质分类：自然介质炉、浴炉、可控气氛炉、真空炉。

（4）按作业规程分类：周期作业炉、连续作业炉。

2.2.2 电阻炉的选择

热处理电阻炉的基本工作原理，是电流通过电热元件是由于电流的热效应而产生热能，借辐射或对流作用，将热量传至加热工件表面，使工件加热。热处理电阻炉又可分为箱式电阻炉和井式电阻炉。

热处理燃烧炉的基本工作原理：是通过燃料在燃烧室燃烧后，进入炉膛内，借辐射、对流或传导的作用加热工件。热处理燃烧炉可分为：固体燃烧炉、液体燃烧炉和气体燃烧炉。

热处理电阻炉与燃料炉相比，具有结构简单、体积小、操作方便、炉温分布均匀以及温度控制准确等特点，在热处理生产上得到了十分广泛的应用。因此选用电阻炉，又因为加热小型零件，所以最终选用中温箱式电阻炉作为此次的热处理设备。

2.3本课题的研究方案

2.3.1 本课题研究过程总述

该课题主要内容是拟采用直径为8mm,长10mm的棒状45钢试样，进行热处理，然后打磨试样，观察金相组织。并结合硬度实验来获取45钢达到机械性

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