CN115181841B - 一种十六点八级超高强度螺栓的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种十六点八级超高强度螺栓的热处理方法，特点是包括以下步骤：将45Cr材质或45CrNiMo材质的螺栓在连续网带炉中于860‑920℃加热保温70‑90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中后，在290‑330℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40‑60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷却至室温，即得到16.8级超高强度螺栓，优点是通过热处理后，螺栓的强度和其它性能达到了16.8级螺栓要求，即抗拉强度1600‑1770MPa，屈服强度1280MPa以上，伸长率8%以上，断面收缩率44%以上，硬度490‑550HV30。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度螺栓的热处理方法，尤其是涉及一种16.8级超高强度螺栓的热处理方法。
背景技术
超高强度螺栓可以在相同夹紧力下，通过减少自身尺寸来降低重量和增加安装空间，因此可以对被连接部件进行功能和体积优化，从而使装备达到整体减重和性能优化的目的。16.8级螺栓要求是抗拉强度1600-1770MPA，屈服强度1280MPA以上，伸长率8%以上，断面收缩率44%以上，硬度490-550HV30。据悉，国外超高强度紧固件已经形成了相应的设计规范（如VDA 235-2005），该规范要求材质必须使用特殊的材料，这种特殊的材料中不但要满足C：0.3%~0.5%、Si:≤0.15%、Mn：≤0.9%、P：≤0.02%、S：≤0.02%、Ni：≤0.15%、Ti：≤0.02%、Nb：≤0.03%、Al：≤0.06%、N：≤0.015%、Cu：≤0.15%、As：≤0.04%、Sn：≤0.02%、B：≤8ppm这些元素单个要求，而且还要满足Cr、Mo、Ni、V这四个元素的总量必须≥1.1%。只有材质符合这些特殊的要求，才能通过热处理方法满足性能的要求。市面上是买不到这种要求的材质的，查阅相关资料，国内也有超高强度材质方面的专利，一般也要在材质中添加一些特殊的元素，但是也只能生产出14.9级高强度，无法生产16.8级超高强度紧固件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用普通的45Cr和45CrNiMo材料即能获得16.8级螺栓要求的16.8级超高强度螺栓的热处理方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种16.8级超高强度螺栓的热处理方法，包括以下步骤：将45Cr材质或45CrNiMo材质的螺栓在连续网带炉中于860-920℃加热保温70-90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中后，在290-330℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40-60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷却至室温，即得到16.8级超高强度螺栓。
优选的，将45Cr材质的螺栓在连续网带炉中于860-900℃加热保温70-90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中后，在290-310℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40-60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷却至室温，即得到16.8级超高强度螺栓。
优选的，所述的连续网带炉中加热保温的温度为880℃，时间为80分钟。
优选的，所述的盐浴等温槽中等温淬火的温度为300℃，时间为50分钟。
优选的，将45CrNiMo材质的螺栓在连续网带炉中于880-920℃加热保温70-90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中后，在310-330℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40-60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷却至室温，即得到16.8级超高强度螺栓。
优选的，所述的连续网带炉中加热保温的温度为900℃，时间为80分钟。
优选的，所述的盐浴等温槽中等温淬火的温度为320℃，时间为50分钟。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种16.8级超高强度螺栓的热处理方法，利用市面能买到的普通材料45Cr和45CrNiMo做成的螺栓，通过连续网带炉等温淬火生成下贝氏体，下贝氏体呈细针片状，有一定取向，极似回火马氏体，在针状铁素体内沉淀有碳化物，且其排列取向与铁素体片的长轴成55～60度角，下贝氏体内不含孪晶，有较多的位错。贝氏体强度与马氏体相当，没有马氏体的脆性，韧性非常好，完全满足16.8级螺栓强韧性的要求。通过热处理后，螺栓的强度和其它性能达到了16.8级螺栓要求，即抗拉强度1600-1770MPa，屈服强度1280MPa以上，伸长率8%以上，断面收缩率44%以上，硬度490-550HV30。
附图说明
图1为45Cr材质的16.8级螺栓的热处理工艺流程图；
图2为实施例1热处理方法得到的16.8级超高强度螺栓的金相图片；
图3为实施例2热处理方法得到的16.8级超高强度螺栓的金相图片；
图4为实施例3热处理方法得到的16.8级超高强度螺栓的金相图片；
图5为45CrNiMo材质的16.8级螺栓的热处理工艺流程图；
图6为实施例4热处理方法得到的16.8级超高强度螺栓的金相图片；
图7为实施例5热处理方法得到的16.8级超高强度螺栓的金相图片；
图8为实施例6热处理方法得到的16.8级超高强度螺栓的金相图片；
图9为对照组1热处理方法得到的螺栓的金相图片；
图10为对照组2热处理方法得到的螺栓的金相图片；
图11为对照组3热处理方法得到的螺栓的金相图片；
图12为对照组4热处理方法得到的螺栓的金相图片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一、具体实施例
实施例1
一种16.8级超高强度螺栓的热处理方法如图1所示，包括以下步骤：取45Cr材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于880℃加热保温80分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在300℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为50分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷至室温，经过这种热处理后，即得到16.8级超高强度螺栓产品，产品的性能测试结果及测试标准如表1所示，金相图片如图2所示。由图2可知，最终产品的金相组织为下贝氏体，下贝氏体具有很好的强度和韧性，符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
实施例2
同上述实施例1，其区别在于：取45Cr材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于860℃加热保温90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在290℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷至室温，经过这种热处理后，即得到16.8级超高强度螺栓产品。产品的性能测试结果如表1所示，金相图片如图3所示。由图3可知，最终产品的金相组织为下贝氏体，下贝氏体具有很好的强度和韧性，符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
实施例3
同上述实施例1，其区别在于：取45Cr材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于900℃加热保温70分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在310℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷至室温，经过这种热处理后，即得到16.8级超高强度螺栓产品。产品的性能测试结果如表1所示，金相图片如图4所示。由图3可知，最终产品的金相组织为下贝氏体，下贝氏体具有很好的强度和韧性，符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
实施例4
一种16.8级超高强度螺栓的热处理方法如图5所示，包括以下步骤：取45CrNiMo材质的螺栓在连续网带炉中于900℃加热保温80分钟后，随着网带运行，自动掉入盐浴等温槽中，然后在320℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为50分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷至室温，即得到16.8级超高强度螺栓，产品的性能测试结果及测试标准如表2所示，金相图片如图6所示。由图6可知，最终产品的金相组织为下贝氏体，下贝氏体具有很好的强度和韧性，符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
实施例5
同上述实施例4，其区别在于：取45CrNiMo材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于880℃加热保温90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在310℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷至室温，经过这种热处理后，即得到16.8级超高强度螺栓产品。产品的性能测试结果及测试标准如表2所示，金相图片如图7所示。由图7可知，最终产品的金相组织为下贝氏体，下贝氏体具有很好的强度和韧性，符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
实施例6
同上述实施例4，其区别在于：取45CrNiMo材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于920℃加热保温70分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在330℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷至室温，经过这种热处理后，即得到16.8级超高强度螺栓产品。产品的性能测试如表2所示，金相图片如图8所示。由图8可知，最终产品的金相组织为下贝氏体，下贝氏体具有很好的强度和韧性，符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
二、对比试验
1、45Cr材质16.8螺栓的对比试验
对照组1：同上述实施例1，其区别在于：45Cr材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于850℃（低于下限值）加热保温低于60分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在280℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为30分钟，等温结束后，出槽水冷至室温。产品的性能测试如表1所示，金相图片如图9所示，由图9可知，金相组织为马氏体，不符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
对照组2：同上述实施例1，其区别在于：45Cr材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于930℃（高于上限值）加热保温低于100分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在330℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为70分钟，等温结束后，出槽水冷至室温。产品的性能测试如表1所示，金相图片如图10所示，由图10可知，最终产品的金相组织为珠光体和上贝氏体。
表1 45Cr材质16.8螺栓的对比试验测试数据
由表1可知，经本发明加热方法所制备的螺栓产品抗拉强度在1750MPa左右，屈服强度在1500MPa左右，硬度达520HV30左右，伸长率在9.5-11.8%，断面收缩率在46-47%，完全能满足16.8级螺丝性能的要求。而加热温度和时间、等温淬火温度和时间低于本发明加热方法参数下限值时，由于低于该材质的下贝氏体转变点Bs点而进入马氏体转变区域，最终生成马氏体组织，不符合16.8级的金相要求，当高于本发明加热方法参数上限值时，就处于珠光体与上贝氏体转变区域，就会生成珠光体和上贝氏体，同样不合16.8级的金相要求。
2、45CrNiMo材质16.8螺栓的对比试验
对照组3：同上述实施例1，其区别在于：45CrNiMo材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于860℃（低于下限值）加热保温低于60分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在280℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为30分钟，等温结束后，出槽水冷至室温。产品的性能测试如表2所示，金相图片如图11所示。由图11可知，金相组织为马氏体，不符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
对照组4：同上述实施例1，其区别在于：45CrNiMo材质的螺栓样品分别在连续网带炉中于930℃（高于上限值）加热保温低于100分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中，然后在340℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为70分钟，等温结束后，出槽水冷至室温。产品的性能测试如表2所示，金相图片如图12所示。由图12可知，最终产品的金相组织为珠光体和上贝氏体，不符合16.8级螺栓的金相组织和性能的要求。
表2 45CrNiMo材质16.8螺栓的测试数据
由表2可知，经本发明加热方法所制备的螺栓产品抗拉强度在1740MPa左右，屈服强度在1400MPa左右，硬度达530HV30左右，伸长率在10.5-11.5%，断面收缩率在53-55%，完全能满足16.8级螺丝性能的要求。而加热温度和时间、等温淬火温度和时间低于本发明加热方法参数下限值时，由于低于该材质的下贝氏体转变点Bs点而进入马氏体转变区域，最终生成马氏体组织，不符合16.8级的金相要求，当高于本发明加热方法参数上限值时，就处于珠光体与上贝氏体转变区域，就会生成珠光体和上贝氏体，同样不合16.8级的金相要求。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种十六点八级超高强度螺栓的热处理方法，其特征在于包括以下步骤：将45Cr材质的螺栓在连续网带炉中于860-900℃加热保温70-90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中后，在290-310℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40-60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷却至室温，即得到16.8级超高强度螺栓，或者将45CrNiMo材质的螺栓在连续网带炉中于880-920℃加热保温70-90分钟后，随着网带运行自动掉入盐浴等温槽中后，在310-330℃的盐浴等温槽中进行等温淬火，等温的时间为40-60分钟，等温结束后得到下贝氏体，出槽水冷却至室温，即得到16.8级超高强度螺栓。
2.根据权利要求1所述的一种十六点八级超高强度螺栓的热处理方法，其特征在于：所述的45Cr材质的螺栓在连续网带炉中加热保温的温度为880℃，时间为80分钟。
3.根据权利要求1所述的一种十六点八级超高强度螺栓的热处理方法，其特征在于：所述的45Cr材质的螺栓在盐浴等温槽中等温淬火的温度为300℃，时间为50分钟。
4.根据权利要求1所述的一种十六点八级超高强度螺栓的热处理方法，其特征在于：所述的45CrNiMo材质的螺栓在连续网带炉中加热保温的温度为900℃，时间为80分钟。
5.根据权利要求1所述的一种十六点八级超高强度螺栓的热处理方法，其特征在于：所述的45CrNiMo材质的螺栓在盐浴等温槽中等温淬火的温度为320℃，时间为50分钟。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |