熱處理緊韌體表面與芯部硬度關係論文

　　液壓裝置的整個系統中會採用大量的緊韌體進行裝配和緊固，由於液壓裝置系統屬於動態裝置，對安全性的要求會比較高，在緊韌體的選用中也會大量採用高強度的產品，高強度緊韌體由於需要進行熱處理調質，如果生產工藝不穩定，會對緊韌體產品產生非常大的影響，因此在安裝前會對緊韌體進行抽樣檢測。行業中，最普遍、最重要的機械效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。而維氏硬度除了用於考核緊韌體的硬度指標之外，還可以考核緊韌體的脫碳和增碳。由於在GB/T3098.1-2010 的有關螺栓、螺釘和螺柱的機械和物理效能的中有“緊韌體的表面硬度不應比芯部硬度高出30 HV單位”的註釋，因此，緊韌體的檢驗人員經常會做出這樣的檢測結論：“芯表硬度差異超過30 HV，不合格”。本文針對這一判定結果進行簡要分析，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，對不能實施拉力實驗的緊韌體：測定緊韌體的硬度;對能實施拉力試驗的緊韌體：測定緊韌體的最高硬度。即公稱長度l<2.5 d(d 為公稱直徑)的產品，因無法進行拉力試驗，需要考核它的最高和最低硬度，對於可以進行拉力試驗的產品，由拉力試驗考核效能下限，硬度考核效能上限。因此，在GB/T3098.1-2010中的只規定了最小拉力載荷，並沒有規定拉力上限(有部分產品規定了拉力上限，如GB/T 1228 和ASTM A490 等鋼結構緊韌體都規定了拉力載荷的上限和下限，本文只針對滿足GB/T3098.1-2010標準要求的常規緊韌體產品。)

　　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，緊韌體的硬度測試的仲裁採用維氏硬度(F ≥ 9 8 N)，即硬度的仲裁應採用HV10 或以上的維氏硬度方法，而碳勢評定(脫碳和增碳)應採用HV0.3。使用小負荷維氏硬度進行硬度試驗，是基於硬度值的變化和含碳量有直接的關係，在同一組織狀態下，含碳量的減少會導致硬度值的下降，根據硬度值的分佈梯度來測定增、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為脫碳。表面硬度和芯部硬度的差值是用來控制熱處理工藝質量(表面脫碳或滲碳)，本身並不反映緊韌體的整體機械效能，因此，只有經過熱處理的8.8級以上的緊韌體才需要檢測脫碳。造成表面脫碳主要是因為原材料退火或在調質處理過程中，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韌體螺紋強度降低甚至在安裝使用中產生脫扣，造成失效。所以，線上材退火、緊韌體熱處理之後分別進行脫碳檢測，是非常有必要的。因為脫碳是表面碳的損耗，因此是可逆的，可以進行返工。

　　如緊韌體效能等級在8.8 級以上、螺距p ≥1.25mm，則可進行硬度法測試脫碳。測試第2 點和第1 點的硬度應在同一牙上進行測量(見圖3)。第2點的維氏硬度值HV(2)應等於或大於第1 點維氏硬度HV(1)減去30 個維氏單位，螺紋未脫碳層的高度E 應符合表2規定的技術要求。

　　1.2.2增碳試驗

　　基體金屬表面碳含量的增加被稱為增碳。“緊韌體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)的緊韌體產品規定的最高表面硬度。同時對10.9 級和12.9 級緊韌體的最高表面硬度明確規定為390 HV和435 HV。與脫碳試驗相類似，最高表面硬度是用來控制熱處理質量(表面脫碳或增碳)，本身並不反映緊韌體的整體機械效能，因此，只有經過熱處理的8.8級以上的緊韌體才需要檢測增碳。造成表面增碳的原因是因為在熱處理過程中，熱處理爐內保護氣體的碳勢控制不當或因對已脫碳產品的表面進行復碳時人為調高碳勢造成表面增碳。過高的含碳量會使螺紋表面硬度增加，導致緊韌體的脆性或降低疲勞強度，因此，在緊韌體熱處理完成後，需要對產品進行增碳試驗測試。

　　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，應去除表面鍍層或塗層，並對試件適當處理後，在頭部平面、螺紋末端或無螺紋杆部測定硬度。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，並應經適當處理。在1/2 半徑與軸心線間的區域內測定硬度，硬度值不得超過最高硬度要求。如有爭議，使用維氏硬度進行仲裁測試。常規硬度試驗方法中並未規定表面硬度和芯部硬度之間的差值。同時，標準規定：對熱處理緊韌體，在1/2半徑區域內測定的硬度值之差，若不大於30HV，則證實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，並應去除鍍層或其他塗層後的緊韌體上製取試樣。在距螺紋末端約一個公稱直徑(1d )、沿螺紋軸心線擷取一縱向截面的試件，試件應嵌入塑膠中或安裝在夾具中。安裝後，對錶面進行研磨和拋光，直至可進行金相檢查。

　　2.2.2增碳試驗方法

　　GB/T 3098.1-2010 規定，可以採用以下方法之一進行增碳試驗：

　　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，按緊韌體縱向截面硬度試驗為仲裁試驗。

　　3、結語

　　基於以上分析，可判定“緊韌體的表面硬度不應比芯部硬度高出30 HV單位”是用來檢測熱處理緊韌體表面是否增碳，而不是檢測緊韌體機械效能的指標，在緊韌體維氏硬度檢測中，應當將HV10 或以上(用於檢測緊韌體硬度的方法)和HV0.3(用於檢測緊韌體脫碳、增碳的方法)區分開來，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，得出一個芯表差異超過30 HV，然後判定該樣品不合格是不正確的;只有使用HV0.3 同時測定表面硬度和芯部硬度時，測得緊韌體的表面硬度和芯部硬度的差值超過30 HV，然後判定不合格，才是正確的。由於液壓裝置對配件質量的要求比較高，在液壓裝置緊韌體質量的驗收中，要嚴格按照標準的要求對每一個考核指標，都要採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範判定。緊韌體的質量對於液壓裝置運行當中的安全性而言，可能是決定性的。因此，緊韌體的規範性檢測是相當重要的。