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張先鳴老師根據;金相檢驗技術與緊固件失效案例、;熱處理工藝與金相檢驗技術的關系、;緊固件原材料綜合選材與熱處理工藝 等金蜘蛛培訓會上學員的提問，總結出以下內容，供業內同行參考，不當之處請批評指正。

張先鳴老師

一、網帶爐怎樣防止緊固件增或脫碳?

8.8級以上高強度緊固件多采用SWRCH35K、35CrMo、40Cr鋼制造，采用冷鐓成形時，原材料的脫碳層不但仍然存在，而且被擠壓到螺紋的頂部，造成螺紋強度大大降低，使用時發生脫扣現象，使螺栓失去緊固作用。因此，除在淬火加熱時要保護螺紋牙尖不脫碳，還要對原材料已脫碳的螺栓進行適度的復碳。

把網帶爐中的保護氣氛的碳勢調到和被復碳的螺栓原始含碳量基本相等，使已脫碳的螺栓慢慢恢復到原來的含碳量，碳勢設定在鋼材含碳量的上限約0.35%～0.48%，復碳溫度與淬火基本相同，不能在高溫下進行，以免晶粒粗大，影響機械性能。

在使用網帶爐進行調質工藝時，雖然采用了氧探頭進行碳勢精準控制，并不是設定好了參數，整個過程都可以自動完成的，至于通入富化劑的流量、通入時間等都是自動調節的。富化劑又稱滲碳介質不采用任何限制裝置，只要閥門打開，介質呈最大量輸入爐內，這些錯誤的使用方法往往會短時間內造成爐內嚴重積碳，從而影響氧探頭的毫伏值正常輸出，以至爐內碳勢值實際偏差，造成螺栓表面增碳。

進料之前，必須先將工件表面層上的油脂清洗干凈，工件有良好潔凈的表面，必然對爐內的碳勢氣氛控制有非常重要的影響。氧探頭上的碳黑污染和氣氛的滲透都會給探頭的毫伏指示造成誤差，氧探頭前緣延伸至端部設有一可感測爐內氧含量的測氧探頭，其材質是敏感度極高的氧化鋯所制成，在高溫工作爐內，如覆蓋有積碳時，使得偵測電極頭附近的氧含量減少，此時氧探頭反應的是附近的氣氛，碳控儀自動控制下的富化劑流量減少，以至爐內實際碳勢下降;反之，碳控儀自動控制下的富化劑流量增加，以至爐內實際碳勢上升。

用氧探頭進行碳勢控制，實際上是對爐氣中的氧含量作單因素控制，而在爐氣中，還存在CO、CO2、CH4、H2等多種組份，如果希望能自動精確控制碳勢，僅靠氧探頭，從理論上講，還是有一定的難度的。

網帶爐爐口和爐膛落料口都設有用不銹鋼箔或片制成的多層氣簾，是為了提高爐內氣壓，且防止空氣竄入爐內，以提高爐內氣氛穩定性，這一點很重要。氣簾因受高溫氣體侵蝕容易變脆而損壞，損壞部位應及時修補，否則將影響爐內氣密性，則碳勢也將受到波動;需增大富化劑流量才能保證碳勢穩定。

因為氧探頭工作環境十分惡劣，應特別注意保養。氧探頭的氧化鋯陶瓷脆性很大，且耐急熱急冷性差，安裝時切忌碰撞和快捷安裝。新造的網帶爐一定要經過烘爐和對爐膛預滲碳以后才可插入氧探頭，探頭最好在冷爐時裝卸。如必須在工作溫度下進行裝卸，則應該緩慢插入或拔出。尤其是在高溫工作狀態下的安裝，必須緩慢插入，一般應以10～20mm/min的速度緩慢插入，否則會因探頭核心部位爆裂而導致損壞。

根據經驗，氧探頭故障主要是探頭內炭黑過多、探頭失靈，不同生產廠家氧探頭產品的質量不同，絕大部門探頭因內外電極脫落、氧化，造成漏氣而報廢。

二、網帶爐網帶壽命低的原因是什么?

一般的企業都是使用連續式網帶爐，主要用于低、中碳結構鋼和低合金結構鋼調質，SWRCH35K、SWRCH25K、40Cr、10B21、10B33、SCM435等鋼材的產品，碳勢控制在0.25%～0.35%左右，可是淬火爐的網帶最長有的使用不到6個月，有時只能用1個月就發生脆斷。網帶材質為SUS310S不銹耐熱鋼絲，一直以來認為是網帶材質有問題，后來直接使用日本進口材質，使用壽命仍沒有提高。

將脆斷的網帶絲進行金相檢驗，網絲的最外表層有硫化物層，生成了脆性的FeS2，次表層是增碳層，使網帶變脆，實際上表面相當于滲碳和滲硫，表層極易脫落;網絲的心部組織中有碳化鉻析出，產生了敏化現象，出現了脆性。

使用后的網帶脆性大，輕輕一掰就斷裂，無法進行修補。將脆斷的網絲經900℃×4h空氣爐中保溫后空冷至室溫，同樣用手掰，沒有斷裂，且有一定韌性。金相檢驗顯微組織網絲表面的硫化物大部分消失了，滲碳層有所減少，其主要發生了以下化學反應：

4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2，Fe3C+3O2→Fe3O4+CO2;同時經過900℃保溫后，網絲中心的碳化鉻大部分溶解。這說明脆性網絲，經高溫正火后，表面的脆性FeS2和中心敏化現象明顯減少，恢復了部分韌性。

影響網帶壽命有3個因素。①增碳;②滲硫;③網帶產生敏化。增碳是因為由生產緊固件產品必須的保護碳勢引起的，這個無法避免;網帶長期處于高溫加熱狀態，所以敏化也不可能避免;但這兩個因素可以通過定期停爐燒碳進行部分消除。針對滲硫，可從源頭上加以控制，硫的來源主要在于爐內的保護氣氛，當采用液化氣和甲醇作保護氣氛時，液化氣中的硫含量較高是造成滲硫的主因。從液化氣和甲苯標準中硫含量最大值比對看，液化氣是343mg/m3，換算成169.8mg/kg，而甲苯是2.0mg/kg，把液化氣換成甲苯，這樣從源頭上避免了滲硫。加上定期停爐燒碳網帶爐設備維護制度的落實，網帶的壽命可以延長至18個月以上。

三、42CrMo鋼U型螺栓斷裂的原因有哪些?

42CrMo鋼U型螺栓在使用中發生斷裂。該螺栓的加工工藝為φ24mm的棒料，酸洗→拉拔至φ23.5mm→退火→酸洗→拉拔至φ22.87mm→冷鐓→搓絲→熱彎→淬火回火→包裝。通過化學成分分析、調質后的硬度及組織檢測均符合技術要求;非金屬夾雜物含量較低，表面也未發現缺陷。因此，U型螺栓斷裂與材料本身無關。

42CrMo鋼具有較高的碳和鉻含量，淬透性較好，如果軋制后冷卻較快，軋材組織中常存在塑性很差的帶狀馬氏體組織，直接拉拔加工后，極易在馬氏體條帶上產生橫向裂紋。

工藝驗證：按原工藝進行拉拔模擬實驗，拉拔尺寸從φ22.40mm拉拔至φ21.70mm，拉拔量和U型螺栓第一次拉拔量相近;拉拔后從試樣中部縱向取樣，磨制浸蝕后金相檢驗，觀察組織為粒狀貝氏體+少量馬氏體，在馬氏體帶上發現許多平行分布的橫向小裂紋。這種橫向小裂紋與U型螺栓中的裂紋類似。結合加工工藝分析，第二次拉拔之前材料經過退火工藝處理，塑性得到很大提高，出現開裂的可能性較小，因此推斷第一次拉拔加工后材料內部已經產生了內部裂紋。通過掃描電鏡觀察也表明，斷口為解理面和撕裂棱均很平滑，與撕裂后產生的尖銳、棱角分明的斷口形貌有明顯區別。這主要是由于螺栓熱處理前存在內裂紋，裂紋面的能量分布不均勻，表面發生遷移現象，表面的尖銳曲率基本消失，低凹處被彌平，形成平滑的斷口形貌。

由此得知，42CrMo熱軋鋼材心部往往含有帶狀馬氏體組織，該類組織硬度高，塑性差，在未經退火的情況下進行拉拔，容易造成心部馬氏體組織處出現橫向裂紋，后續再次拉拔后裂紋擴大，安裝使用時裂紋進一步擴展，造成螺栓斷裂失效。建議使用退火態42CrMo鋼材或拉拔前進行球化退火處理。

四、SCM435鋼冷鐓開裂的原因是什么?

SCM435鋼在加工12.9級內六角螺釘時，出現大量冷鐓開裂現象，有時還出現螺釘掉頭現象，請對開裂原因查找分析。通過化學成份分析、檢測原材料的硬度及組織基本為珠光體+鐵素體+馬氏體均符合技術要求;非金屬夾雜物含量較低，脫碳層深度符合標準要求，抗拉強度范圍740～860Mpa;面縮率范圍48%～63%，表面也未發現明顯缺陷，盤條性能優良。

球化退火處理是SCM435鋼冷鐓加工過程中關鍵的工序，其主要目的是為了降低材料硬度，使具有足夠的塑性變形能力，以得到良好的拉拔和冷鐓效果。

經檢驗分析，盤條完全脫碳層在退火過程中出現，深度范圍為20～30μm，在脫碳層區域有大量沿晶微裂紋，內有Cr、Mn等合金元素偏析。脫碳層的產生主要是在退火過程中保護氣氛不良，造成爐氣氧化性強、碳勢低，氧化性氣體與材料表面接觸反應導致碳原子從高碳勢的鋼表面向低碳勢的爐氣擴散。鋼表面失去碳，鐵素體晶界抗氧化性降低，同時Cr和Mn元素不以碳化物形式存在，固溶于鐵素體內，在長時間的退火保溫下，合金元素在鐵素體晶界上富集。在隨后的冷卻中，由于溫度變化造成組織應力集中，加之晶界脆化，產生沿晶裂紋。

在退火爐中，常用的保護氣氛為氮--甲醇氣氛，采用一定純度的氮氣和甲醇在爐內混合后形成的可控氣氛。氮氣是惰性氣體，在爐內不參與反應，它的作用主要是維持爐內的正壓;而甲醇的作用是保證爐內具有一定的碳勢，維持爐內的還原氣氛，爐內主要發生以下反應。

CH3OH→CO+2H2 ………… ⑴

CO+H2→[C]+H2O ………… ⑵

2CO→[C]+CO2 ………… ⑶

若只采用純度較低的甲醇作為保護氣氛，在沒有氮氣維持爐內正壓，在外界壓強大于爐內的情況下，外界氣體大量進入退火爐內，爐內無法維持還原性保護氣氛，盤條表面在高溫下嚴重氧化脫碳，同時在冷卻過程中產生微裂紋。為此，在后續的冷鐓加工或調質過程中，發生開裂。

SCM435鋼冷鐓開裂的主要原因是退火過程中保護氣氛不當，導致材料表面嚴重脫碳，鐵素體晶界抗氧化性降低，同時Cr、Mn等元素在晶界偏析，在冷卻過程中產生大量沿晶裂紋。

五、哪些是影響緊固件品質的原材料關鍵缺陷?

當鋼中有害元素P、S增加時，如S含量為0.04%時淬火后易產生裂紋。高強度螺栓應選擇高級優質鋼材，P、S含量在標準中限制量為≤0.025%。針對化學成分特殊要求應對P、S兩項相加不大于0.025%為優。

有些元素雖然是微量元素，但使鋼的熱處理規范大不相同，如煉鋼時脫氧劑用Al則其微粒溶點高，在鋼中起細化晶粒的作用，降低了過熱敏感性，使鋼成為細晶粒鋼，提高熱處理工藝性能。反之，用Si之類脫氧劑則會使鋼的成為粗晶粒鋼，使淬火過熱敏感性增大。煉鋼時每爐所含微量元素不同，其熱處理工藝性能也不同，如含B很微量≤0.0005%時，淬透性也會增加。

非金屬夾雜物的存在隔斷了金屬的連續性，剝落后就成凹坑或裂紋，在冷鐓成形時極易形成裂紋源，在熱處理時造成應力集中，產生淬火裂縫。因此，高強度螺栓對夾雜物須嚴格控制，一般鋼材標準中對夾雜物未做明確要求。C類和D類對熱處理的影響最大，硅酸鹽夾雜物應不大于1.5級，球狀氧化物夾雜應不大于2級為佳;對A類硫化物和B類氧化鋁夾雜物之和不大于3級。

非金屬夾雜物在鋼中主要以氧化物和硫化物的形式存在。

根據GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》標準，建議用最惡劣視場評定。氧化物類夾雜物壓力加工后，它們往往沿鋼材延伸方向呈不規則的點狀或細小碎塊狀聚集成帶狀分布，導致應力集中，引起疲勞斷裂。硫化物的危害其一就是降低鋼的塑性、韌性和抗疲勞性能，硫和硫化物數量或長度的增加會明顯降低鋼的韌性指標;其二是降低鋼的耐蝕性，特別是降低點蝕腐蝕性能。一旦受到拉應力或切應力的作用，就會沿夾雜物方向產生破裂;斷面收縮率隨夾雜物總量和帶狀夾雜物數量的增加而顯著降低。

六、水溶性淬火冷卻介質不同溫度的冷卻特性對緊固件淬火有影響嗎?

水溶性淬火冷卻介質屬于聚氧化烷撐的PAG型介質，在使用時根據需要加水稀釋成不同濃度的溶液，配成適量的防腐和防銹劑，可以獲得水--油之間或比油更慢的冷卻能力。

眾所周知，濃度.溫度和攪拌對水溶性淬火冷卻介質PAG淬火劑的冷卻能力影響很大。對緊固件產品濃度控制范圍2.5%～5%，液溫對冷卻特性很敏感，溫度越高在300℃左右的冷卻速度不會降低，反而提高，這是造成淬火開裂的原因之一，控制在30～40℃，攪拌和流動，既能提高冷卻速度，又能均勻液溫。

鋼從奧氏體狀態冷至Ms點以下所用的冷卻介質叫做淬火冷卻介質。淬火冷卻介質冷卻能力越大，鋼的冷卻速度越快，越容易超過鋼的臨界冷卻速度，則緊固件越容易淬透，這是螺栓、螺母需要的特性，淬透層的深度越深，越能達到約90%馬氏體組織。但是，冷卻速度過大將產生巨大的淬火應力，易使螺栓、螺母產生變形或開裂。因此，理想的淬火冷卻介質的冷卻能力應在650℃以上緩慢冷卻，以盡量降低淬火熱應力。650～400℃之間應當快速冷卻，以通過過冷奧氏體最不穩定的區域，避免發生珠光體型或貝氏體型組織轉變。在350℃以下Ms點附近的溫度區域，應當緩慢冷卻以盡量減小馬氏體轉變時產生的組織應力。

水的冷卻能力很大，但冷卻特性不好;油的冷卻特性較好，但冷卻能力又不夠。目前，常用水或水溶液作為淬火冷卻介質，冷卻特性穩定、價格適中。

試驗結果表明，水溫越高，其特性溫度越低，最大冷卻速度越小，冷卻時間越長。因為，螺栓、螺母表面和淬火介質的溫度差越大，表面換熱系數越大，冷卻速度越快。而對于水，當其溫度較高時，螺栓、螺母表面較快生成蒸氣膜層，且蒸氣膜的厚度增大，使螺栓、螺母向淬火液的傳熱速率降低，從而延長了蒸氣膜階段，降低了淬火液的冷卻速度。

水溫低于40℃時，對冷卻曲線的影響不十分明顯;當水溫達到50℃時，冷卻性能明顯下降。這是由于當水溫高時，淬火介質與試樣表面存在溫度差減小，水吸收的熱量減少，試樣冷卻速度下降。同時，水溫較高時，螺栓、螺母表面較快較早形成隔熱的蒸氣膜，使蒸氣膜階段延長，冷卻特性溫度下降。當蒸氣膜終于破裂而進入沸騰階段時，溫度高的淬火介質與試樣的溫度差相對較小，冷卻速度變慢。

生產過程中，我們經常可以看到，45#鋼8.8級M20～M27螺栓淬火的心部硬度為30～35HRC，而表面約為50～57HRC;表明螺栓水淬后的心部組織依然是鐵素體+珠光體，而表面則有大量針狀馬氏體+先共析鐵素體，所以45#鋼在水中淬火后表面硬度遠高于心部。

實際生產中，對于SWRCH35K、45#鋼8.8級M10～M24的螺栓，有時會采取提高水溫來防止其淬火開裂或減小變形。對于此類情況，應考慮到水溫對其冷卻特性和螺栓、螺母淬火效果的影響。建議采用2.5%～4.5%PAG水溶液是最理想的淬火冷卻介質，性價比較高。

七、30CrMnSi鋼高強度螺栓熱處理工藝，如何達到-20℃低溫沖擊功?

由相關資料可知，30CrMnSi鋼的Ac1為760℃、Ac3為830℃，在常規熱處理工藝即900～910℃淬火的條件下，由于淬火溫度超過了奧氏體相變溫度Ac3，其淬火后得到的是馬氏體+ 殘余奧氏體組織。

不同熱處理工藝對30CrMnSi鋼硬度和沖擊性能有較大影響。其中硬度的變化較明顯，在250℃回火時，常規工藝900℃ 淬火的硬度值為44～46HRC，如果在840℃亞溫淬火的硬度值為39～41.5HRC，稍低于常規淬火工藝的硬度，這是因為亞溫淬火的顯微組織中具有馬氏體+鐵素體+殘余奧氏體，而鐵素體的硬度較低。隨著回火溫度的增加，硬度逐漸降低，兩種工藝的硬度曲線均呈現單調下降的趨勢，出現這種變化的原因是: 在250℃回火時，馬氏體開始分解過飽和的碳原子沉淀析出彌散分布的ε碳化物，此時仍然具有較高的硬度; 隨著回火溫度的升高，淬火后的顯微組織要經歷殘余奧氏體轉變、碳化物的轉變、碳化物的聚集與長大等幾個階段，隨著碳原子的析出，馬氏體的晶格畸變越來越小，基體硬度也隨著溫度升高而逐漸降低。在550℃回火時，得到回火索氏體組織，硬度值也逐漸降低到調質硬度26～30HRC。在650℃回火時，常規淬火和亞溫淬火均具有硬度最小值23～25HRC 和21～23HRC。

在不同工藝下沖擊性能的變化可看出，常規熱處理工藝在250℃回火時，其低溫沖擊功為44～45.5J，此時亞溫淬火的低溫沖擊功為28～30J; 隨著回火溫度升高到350℃，常規工藝進入第一類回火脆性區，低溫沖擊功降至25.5～27J，而亞溫淬火工藝的低溫沖擊功增加到33～34.5J，約為常規工藝1.3倍; 當回火溫度升高到450℃進行中溫回火時，由于中溫回火的組織是回火托氏體，具有較高的塑韌性，常規工藝的低溫沖擊功為34.5～37J，而亞溫淬火的低溫沖擊功為54～55.5J，約為常規工藝的1.5倍; 當回火溫度升高至550 ℃時，此時溫度屬于第二類回火脆性區，回火脆性異常明顯，常規淬火的低溫沖擊功降低至28～29.5J，通過回火快速冷卻低溫沖擊功可達到35～37.5J，而此時亞溫淬火的低溫沖擊功卻急劇增加至85.5～88J，約為常規工藝的3 倍;當回火溫度達到調質溫度650℃時，組織為回火索氏體，常規工藝的低溫沖擊功又增到59～61J，而亞溫淬火的則增加到117～119J。

從整個沖擊性能變化可以發現：① 常規工藝的低溫沖擊功隨回火溫度的升高，曲線呈現;W形狀變化，而亞溫淬火的低溫沖擊功卻隨著回火溫度的升高而單調增加，② 常規工藝具有明顯的脆性轉變溫度區，而亞溫淬火工藝則有效避免了回火脆性對沖擊性能的影響，顯著的提高了沖擊性能。

這是因為：一是在亞溫淬火的顯微組織中存在著鐵素體，由于加熱溫度低，這些鐵素體晶粒比較細小，并且均勻分布于整個基體組織上，這些鐵素體作為一種塑性相，能吸收較多的能量，提高材料的韌性;二是在回火過程中，As、Sn、Sb、P 等雜質原子會從晶粒內向奧氏體的邊界析出，聚集在邊界的雜質原子不能和其它原子結合，從而減弱奧氏體晶界上原子的結合力，降低了晶界斷裂強度;三是顯微組織中有鐵素體存在時，Sn、P 等雜質原子首先在鐵素體內固溶，在強化鐵素體的同時，也可減少在奧氏體晶界處的析出和偏聚，從而降低了第二類回火脆性。

八、鋁合金2A11、2A12螺栓熱處理工藝對性能有影響?

汽車的輕量化實際就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整體質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。鋁合金具有強度高、抗腐蝕性好等優點。鋁合金的比重是0.5，采用鋁合金緊固件與優質碳素結構鋼相比明顯的減輕了汽車或機器的自重，可為輕量化的最優設計。鋁合金在螺栓沖鐓成型過程，易產生裂紋等缺陷。根據鋁合金2A11、2A12沖鐓成型特性的要求，在退火爐內進行325～340℃完全退火，保溫時間為2小時左右，然后隨爐冷卻，室溫出爐即可。

工藝要點：①加熱速度。加熱速度與再結晶后的晶粒度成反比，故應選擇井式加熱爐來保證加熱速度。②加熱溫度、保溫時間。高溫短時加熱可獲得細小的晶粒，反之，保溫時間過長，由于晶粒的相互吞并而長大，形成聚合再結晶，會得到粗大的晶粒而影響性能。③沖鐓成型力變形率。5%～25%的變形率為臨界變形，因此，在退火前不做任何加工，否則，退火后會得到粗大晶粒。④原材料化學成分。鋁合金的化學成分不均勻、偏析等都可能導致晶粒長大。因此，要嚴格檢驗原材料化學成分的符合性。⑤爐溫均勻性。由于鋁合金導熱性良好、熔點低，保證工件在爐內溫度的一致性和準確性，以獲得均勻的晶粒度。⑥操作規程。由于鋁合金熱處理范圍很窄，對加熱溫度、時間、出爐轉移時間及水溫等均嚴格控制，并做好原始記錄以供分析。

螺栓成型后，熱處理工藝還必須通過;固溶處理+時效強化，進一步提高其強度。當鋁合金加熱到α相區，可在485～490℃保溫后水冷淬火，注意過燒溫度為505℃，可在室溫得到過飽和的α固溶體，其強度、硬度并不能立即升高，而塑性卻顯著改善，稱為固溶處理。再在185～195℃進行人工時效處理，固溶處理后在時效處理初始階段2小時，強度、硬度變化不大，這段時間成為孕育期，在此孕育期內鋁合金塑性較好，當在10～16小時后強度增加很快，基本可達到450～530MPa。

九、摩擦系數對螺栓裝配和使用的影響是什么?

螺紋連接是最常用的連接方式，它的質量直接影響到裝配質量和安全可靠性，而螺紋連接安全可靠性的主要因素有材料、摩擦系數、緊固件加工方法。

當材料確定后，分別對鍍鋅不上油、鍍鋅上油、磷化上油和發黑上油的螺栓在德國制造的TesT摩擦系數試驗機上測試摩擦系數。試驗表明：

①相同螺栓，不同表面處理，摩擦系數相近，扭矩相同的，軸向力也相近。如表面鍍鋅上油和磷化上油的摩擦系數相近，其軸向力也相近。

②相同螺栓，不同表面處理，扭矩相同，摩擦系數越小，軸向力越大，即擰緊力越大。如表面磷化的摩擦系數最小，而軸向力最大。因摩擦系數不同，造成軸向力也不同，即擰緊力不同。

③相同螺栓，不同表面處理，相同軸向力，摩擦系數越大，扭矩越大。如表面發黑摩擦系數最大，其扭矩也最大。

④相同螺栓，相同表面處理，涂油和不涂油狀態，所產生的力是不同的。如表面鍍鋅上油和不上油狀態的扭矩和軸向力差異較大。

通過分析，結合常用表面處理螺栓在裝配、使用過程的情況，可以得到結論：螺栓不同的摩擦系數，扭矩相同，軸向力不同，即摩擦系數越大，軸向力越小;反之，摩擦系數越小，軸向力越大。也就是說，螺栓摩擦系數不同，相同的裝配扭矩，會產生不同的軸向力。就是說為什么在裝配、使用過程中，可能做得精致的螺栓會斷裂、失效;而做得粗糙的螺栓在交變載荷下會松動或松脫。裝配過程中，如偶然因素，個別螺栓沾到少量油漬后裝配，因摩擦系數變小，可能會出現在裝配或使用時，螺栓斷裂現象。螺栓摩擦系數會對裝配性能產生很大的影響。

當前對螺紋連接設計時，因國標、行標均未對螺紋緊固件的摩擦性能做具體要求，通常采用的方法是依據經驗公式、經驗數據計算扭緊力扭，當螺紋緊固件與被連接件的表面狀態發生變化時，會引起軸向預緊力過大或過小，導致螺紋連接出現斷裂、松動等質量問題。

螺紋緊固件摩擦系數分螺紋摩擦系數和支承面摩擦系數，主要取決于螺栓制造工藝和實際應用時裝配工藝。經長期工作實踐，10000次臺架試驗驗證，確認摩擦系數與下列因素密切相關。

①、螺紋精度。由螺紋公差帶和旋合長度組成，螺紋精度是螺紋加工質量的綜合體現，同等條件下螺紋精度越高，摩擦系數越小。

②、緊固件表面粗糙度。包括螺紋表面粗糙度和支承面表面粗糙度，與緊固件生產中的冷鐓作業工藝參數、螺紋制造工藝有直接關系。

③、緊固件表面處理工藝。包括磷化、達克羅、三價鉻電鍍鋅、鋅鎳電鍍、鋅鋁涂層等，受表面處理層材料類型、局部厚度、轉化工藝等因素影響，不同表面處理工藝得到的緊固件摩擦系數相差較大。

為此，實際生產裝配中，應根據被連接結構需要，合理選擇緊固件的工藝參數，確保將摩擦系數的散差控制在較小范圍內。設計螺紋連接時，應首先依據實際試驗結果確定摩擦系數，然后利用此摩擦系數計算扭緊力矩，以保證軸向預緊力理論值與實際值的一致性，提高螺紋連接的可靠性和設計準確性。

十、42CrMoA鋼螺栓表面裂紋形成分析和工藝如何改進?

42CrMoA鋼調質后具有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性優良，被廣泛用于制造風電機組高強度螺栓。但是在熱處理調質淬火過程時常會發生淬火開裂現象，研究表明，42CrMo鋼調質表面裂紋性質為淬火裂紋，回火不足和內部存在較嚴重的帶狀組織偏析是淬火裂紋產生的主要原因。

首先宏觀檢測，裂紋均位于端部小頭，為縱向裂紋，只有一小部分裂紋沿軸頸橫向開裂或縱向開裂。其次橫向低倍組織檢測，一般無明顯的冶金缺陷。再次金相檢驗，裂紋尾部尖銳、裂紋內有氧化，裂紋兩側無脫碳，裂紋內存在氧化，這是淬火裂紋的關鍵特征。

42CrMoA鋼的正常淬火組織為馬氏體組織，冷卻速度不足時會出現貝氏體型或珠光體型組織。裂紋螺栓的顯微組織為馬氏體位向的回火索氏體組織。因此，淬火溫度和淬火冷卻速度均滿足要求，淬火裂紋的產生與淬火因素無關。將試樣540℃重新回火后，組織轉變為回火索氏體，這可以肯定，在調質的回火過程中回火不足或者基本回火溫度未達到，回火不足則無法完全消除淬火過程中形成的應力。回火不足是導致42CrMo鋼裂紋的關鍵原因之一。

42CrMoA鋼調質螺栓的原材料檢測觀察，該材料帶狀組織級別為3級，超過了風電機組高強度螺栓2級的技術要求，嚴重的帶狀組織的存在，無疑會增加淬火裂紋的可能性，且裂紋均產生在帶狀組織的區域內。因此，半成品毛坯內存在較嚴重的帶狀組織是螺栓淬火裂紋產生的另一個重要原因。

來源：原文刊登于第48期和第49期《緊固件》季刊，作者：金蜘蛛緊固件網顧問專家 張先鳴，轉載請注明來源和作者。