回火溫度對35CrMo高強螺栓組織及性能的影響

山推工程機械股份有限公司 （山東濟寧 272073） 陳 丹 馬 強 孫曉兵 顧興鵬

35CrMo中碳合金鋼具有淬透性好，綜合力學性能高，回火脆性不敏感，且價格低廉等特點，廣泛應用于制造承受沖擊、抗彎、高載荷的各種機器零件上。本文通過進行螺栓淬火后不同回火工藝的試驗，得出了不同回火溫度下螺栓的力學性能，為制訂合理的熱處理工藝提供了依據。

1. 試驗螺栓材料及性能要求

螺栓材料為35CrMo，其化學成分見表1。

表1 35CrMo的化學成分（質量分數） （%）

履帶螺栓性能要求較高，一般≥12.9級高強度螺栓的要求。

2. 試驗過程

（1）試驗方案 本文主要采用M20外六角頭螺栓在880℃淬火，并在150～600℃進行回火，具體試驗方案見表2。

表2 試驗方案

（2）試樣制備 回火后的螺栓按GB/T3098.1－2000 緊固件力學性能中《螺栓螺釘和螺柱》進行檢查，并按照標準要求進行取樣并檢查。拉伸試驗選擇φ5mm的標準試樣，沖擊試樣為10mm×10mm×50mm的標準夏比U型缺口試樣。

3. 試驗結果分析

圖1 不同回火溫度下的金相組織

（1）回火對金相組織的影響 圖1為不同回火溫度下的金相組織?；鼗鹗菍⒋慊痄撛贏1以下溫度加熱，使其轉變為穩定的回火組織，并以適當方式冷卻到室溫的工藝過程。隨著回火溫度的升高，馬氏體開始發生分解，過飽和的α固溶體中析出彌散的碳化物，金相組織由回火馬氏體向回火索氏體轉變。當回火溫度升高至400℃以上時，已脫離共格關系的滲碳體開始明顯地聚集長大，片狀滲碳體的長度和寬度比逐漸縮小，最終形成粒狀滲碳體。在滲碳體聚集長大的同時，α相的狀態也不斷發生變化，當回火溫度在400℃以上時，由于馬氏體的分解、碳化物的轉變及聚集球化，使α相的晶格畸變大大減小，因此殘留應力基本消除。

（2）回火溫度對力學性能的影響 對4種回火溫度下的試樣進行拉伸及沖擊試驗，圖2、圖3、圖4、圖5分別是回火溫度對螺栓的楔負載、抗拉強度、屈服強度、沖擊韌度及截面硬度的影響。

楔負載是螺栓綜合力學性能的一個體現，試驗過程中，斷裂應在桿部或未旋合的螺紋長度內，而不應發生在頭部或頭桿交接處。楔負載試驗過程中，螺栓斷裂前應達到相應的性能等級規定的最小拉力載荷。由圖2可看出，隨著回火溫度的升高，螺栓所能承受最大拉力先升高后下降，在250～500℃回火，螺栓所能承受的最大力滿足國標要求。

圖2 回火溫度對楔負載的影響

圖3 回火溫度對抗拉強度及屈服強度的影響

圖4 回火溫度對沖擊韌度的影響

圖5 回火溫度對截面硬度的影響

圖3為回火溫度對螺栓抗拉強度及屈服強度的影響曲線，隨著回火溫度的升高，抗拉強度及屈服強度不斷降低。傳統的熱處理工藝下，金屬材料的強度與塑性、韌性往往是一對矛盾體，強度隨著回火溫度的升高而降低，韌性勢必隨著回火溫度的升高而升高。圖4為回火溫度對螺栓沖擊韌度的影響曲線，可見回火溫度低于400℃時，沖擊韌度變化不明顯，趨于平緩，說明此種材料在低于400℃回火，沖擊韌度對溫度的敏感性不高；回火溫度高于400℃之后，高強螺栓的沖擊韌度呈直線迅速升高。

圖5為回火溫度對螺栓截面硬度的影響曲線，可見，隨著回火溫度的升高，截面硬度不斷降低?；鼗鸾M織的硬度主要來自過飽和碳的固溶強化效應，回火的整個過程都伴隨著馬氏體中碳含量的降低，直接導致回火時硬度的降低。過度碳化物的析出，雖可產生一定的硬化效果，但其影響小于固溶強化的減弱。350℃以上回火硬度急劇降低的原因在于組織已經為回火托氏體，碳化物轉變為滲碳體，共格關系破壞以及碳化物的聚集長大所致。

4 .結語

隨著回火溫度的升高，螺栓的楔負載先升高后降低，在250～500℃滿足國標要求；屈服強度和抗拉強度隨著回火溫度的升高不斷降低；低于400℃回火，螺栓的沖擊韌度變化不明顯，當回火溫度高于400℃，沖擊韌度變化劇烈；隨著回火溫度的升高，硬度不斷降低，在回火溫度大于350℃后，變化劇烈； 隨著回火溫度的升高，馬氏體開始發生分解，過飽和的α固溶體中析出彌散的碳化物，金相組織由回火馬氏體向回火索氏體轉變。