【doc】沉淀硬化不銹鋼高強(qiáng)度螺栓的制造方法及其特性

1、沉淀硬化不銹鋼高強(qiáng)度螺栓的制造方法及其特性圖2銹鋼,f齊齊哈爾自動(dòng)鍛壓機(jī)研究所,j戛沉淀硬化不銹鋼高強(qiáng)度螺栓的制造方法及其特性一,序言藏田榮治郎+不銹鋼作為建筑的主要結(jié)構(gòu)材料的趨勢(shì)越來(lái)越強(qiáng),實(shí)用性的研究也在不斷地發(fā)展.從電蝕的觀點(diǎn)來(lái)看,連接不銹鋼構(gòu)件的高強(qiáng)度螺栓也要求是不銹鋼制的.本文tbt+lt將介紹不銹鋼高強(qiáng)度螺栓連接副的制造方法及其特性.二,選定鋼種用不銹鋼制造高強(qiáng)度螺栓是一種新的嘗試,關(guān)于它的特性,目前還處在確保能-40-.u_-,與普通鋼高強(qiáng)度螺栓的諸特性等同的水平.從螺栓強(qiáng)度來(lái)考慮,可獲得8t級(jí)螺栓的不銹鋼材料有馬氏體系的sus403以及,sus410,sus4319,沉淀硬化系的

2、sus630,sus631,奧氏體系的suh660等.可獲得lot級(jí)螺栓的不銹鋼材料可用馬氏體系和沉淀硬化系不銹鋼,但若考慮高強(qiáng)度螺栓的特性和易加工性,成本等因素,還是采用祝淀硬化系的sus630作為不銹鋼高強(qiáng)度螺栓(包括螺母和墊圈)的材料為好.sus630的化學(xué)成分見表1(jisg4303).熱處理?xiàng)l件為s固溶處理后進(jìn)行沉淀硬化熱處理,并分成h900(482.c),h1025(552.c),h1075(580.c),h1150(621.c)兒個(gè)級(jí)別,見表2.材料的機(jī)械性能.固溶處理后,屈服強(qiáng)度40kgf/mm.以上,抗拉強(qiáng)度80kgf/mm.以上.再沉淀硬化熱處理后,屈服強(qiáng)度提高至74-12

3、0kgf/mm.以上,抗拉強(qiáng)度提高至95-134kgf/mra.以上.由表2可知,沉淀硬化熱處理溫度越高,強(qiáng)度越低,而韌性越強(qiáng).化學(xué)成分(jis4303)表1化學(xué)成分(%)鋼種代號(hào)csimnipsnicrcunbmaxmaxmaxsus6300.071.000.0303.005.00115?50,-,-17?503.00-,5.000.15.-0.45機(jī)權(quán)性能(jisg4303)裹2鋼種熱處理代號(hào)一一一一lh900l一:一sus63oih102511h1075_._一1h1150120102887413410910295104045一i13i45j16l50硬度hbihbcminmin3754

4、0一c331:3530231277i28t/y.屈服強(qiáng)度,au.抗拉強(qiáng)度,el.延伸率,.收縮率(kgf/mm.)(kgf/mm:)(%)(%)三,高強(qiáng)度螺栓的標(biāo)準(zhǔn)制造工藝sus630不銹鋼是經(jīng)過(guò)熱處理可獲得規(guī)定特性的鋼種,因其條件十分微妙,稍有疏忽便可導(dǎo)致極端同的性能.團(tuán)此,在用sus630不銹鋼制造高強(qiáng)度螺栓時(shí),應(yīng)充分理解下述注意事項(xiàng),進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理.1,進(jìn)行熱鐓時(shí),應(yīng)嚴(yán)格管理溫度.加熱保持溫度為1050-1150.c,加熱溫良一超過(guò)1200.c,一鐵素體便急劇增加,不是阻礙熱鐓的易加工性,就是降低韌性.此,絕對(duì)不許超過(guò)1200.c.鐓鍛終此.溫41度為950.c.另外,為鐓鍛加熱時(shí),

5、不可急劇升溫,?以防止由相變應(yīng)力造成裂紋.2,固溶處理以104010.c保特30分鐘后水冷為標(biāo)準(zhǔn).由于sus630不銹鋼的特性是通過(guò)熱處理才使其發(fā)揮出來(lái)的,所以要嚴(yán)格管理其熱處理?xiàng)l件.固溶處理的溫度若超過(guò)1050.c,鐵素體就會(huì)增加,馬氏體起始點(diǎn)(ms點(diǎn))下降,殘余奧氏體增加.因?yàn)轳R氏體終止點(diǎn)(mr點(diǎn))在32.c附近,所以由固溶處理開始的冷卻下降到32.c以下的室溫之后.必然要進(jìn)行下面的沉淀硬化熱處理.3,沉淀硬化熱處理以10t級(jí)強(qiáng)度為日標(biāo),若按jisg4303標(biāo)準(zhǔn),則相當(dāng)于h1025.根據(jù)用試制品求出的沉淀硬化溫度性能曲線(例如圖3和圖4)可選定h1100(580,-610.c).這是因?yàn)?

6、雖然是不銹鋼,但也屬于沉淀硬化型的,同樣存在延遲破壞的危險(xiǎn),所以要將抗拉強(qiáng)度的平均值控制在1lokgf/mm左右,同時(shí)還要注意保證韌性.由于這一熱處理的溫燮范圍切料熱鐓頭部max1,150.c30rain一退火.73076oc30mill_一噴一丸ij車削螺紋坯徑一一亡二:只有30.c,溫度管理應(yīng)在中間值進(jìn)行,精度范圍應(yīng)在中問(wèn)值5.c.沉淀硬化熱處理的保溫時(shí)間為4小時(shí),如果時(shí)間短了,就會(huì)變成圖1所示的硬而少韌性的材料.上:ir-1,【佞短時(shí)聞(rir)斟1沉淀硬化處理的保溫時(shí)間與硬度的關(guān)系注意到上述3點(diǎn)后,根據(jù)幾次試制的結(jié)果,確定了圖2所示用sus6301鋼制造高強(qiáng)度螺栓,螺母,墊圈這種螺栓副

7、的標(biāo)準(zhǔn)制造工藝.,固溶處理104010.c30raint一沉淀硬化處理580n610.c4hr一一一一噴丸酸同2不銹鋼高強(qiáng)度螺栓制造工藝一42一一毒四,產(chǎn)品的尺寸精度本研究由六個(gè)參與以不銹鋼為主要結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行工藝性研究開發(fā)的高強(qiáng)度螺栓制造廠家為起始,由嘗試結(jié)果綜合出如圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)制造工藝.然后,有十一個(gè)廠家按照這一標(biāo)準(zhǔn)制造工藝進(jìn)行了試制.下面,我們將前六家稱為a組,后十一家稱為b組,分別介紹其試制結(jié)果.試制的螺栓,螺母,墊圈的形狀尺寸見表3,表4,完全能夠滿足普通鋼高強(qiáng)度螺栓標(biāo)準(zhǔn)jisgl186的規(guī)定.螺栓的形狀尺寸表3im16(ram)廠家dlhbcdlhslmax16.710.827.0

8、0.83566.4標(biāo)準(zhǔn)31.22.5mi1115.39.226.20.43063.6max16.410.826.832.226.30.733.166.0a組m16.1610.2o26.5230.6025.620.6132.1665.04(11=65)mi1116.09.726.329.725.30.4530.0564.3ma-x16.710.826.830.726.20.834.766.2b組m16.171o.1326.5430.3425.2o0.5732.8265.40(11=100)mi1115.89.326.330.124.o0.431.164.3注tin為平均值留螺母,墊圈的形狀尺寸(

9、m16)裹4螺母(mm)廠家hbcddmax16.3527.017.7標(biāo)準(zhǔn),31.225min15.6526.217.0max16.126.6o.325.217.5a組m15.9226.4430.1125.1317.2】(11=65)mi1115.726.32g1.925.017.1ma互16.226.930.917.6b組m16.0226.603o.5217.3c(n=100)min15.826.d30.017.0墊圈(ram)骨ljjt?-.43.32.031.032.031.9531.4132.031.7631.3五,產(chǎn)品的機(jī)械性能表5是從f10r級(jí)螺栓桿部切取的試樣的抗拉試驗(yàn)及硬度的測(cè)

10、定結(jié)果.并在同一試樣上對(duì)縱彈性系數(shù)(f)和抗拉強(qiáng)度(au)時(shí)的變形(n)等做了測(cè)定,甚至超過(guò)最大載荷地求出了應(yīng)力與變形的關(guān)系.螺栓的機(jī)械性能表5r家ekgf/ramavkgf/mm:imin90oulkgf/mmj1oo120u(%)el(%)!min14i;(%)imin40ja組b組maxmminomaxmmino21402o68199038m平均值,ot標(biāo)準(zhǔn)偏差105.11o1.494.03.0111.31o8._3104.21.89.147.043.811.3430.022.218.92.428.967.561.662.o1.3111.0102.794.84.6115.0】109.31

11、04.62.3i68.721.9f65.1一.?1一l一復(fù)里j1.8l1.7圖3圖7調(diào)查的是屈服強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度,延伸率,收縮率_千1j硬度在沉淀硬化熱處理溫度下發(fā)生了什么樣的變化.由此得出這樣一種結(jié)果:若提高沉淀硬化處理的溫度,屈服強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度,硬度等強(qiáng)度方面的特性值就下降,而延仲率,收縮率等韌性值上升.表6所示是m16嫘栓產(chǎn)品的拉力載荷.試驗(yàn)分為留出3扣和留出6扣兩種.留出3扣的均為l了.7噸力,留出6扣的為it.2?b組.組p傘一.1_譬,妣劬疫(dcj罔0沉淀硬化處理溫度與翻眼強(qiáng)度j關(guān)系一l一丫-r弋-.ld湛()圖4沉淀硬化處理溫度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系豸一,ioa緝8組(日.ii一446

12、6伽0墨癢()5沉淀硬化處理溫度與延伸率的關(guān)系l越ii,loa組b組75,6p55l?睜卿徹基摩(網(wǎng)6沉淀硬化處理溫度與收縮率的關(guān)系o昏盤i弓扭緝;i6掃iodio5iioii5120圖,掌,(j:4組8留出螺紋長(zhǎng)度與ir,t,與普通鋼高強(qiáng)度螺栓試驗(yàn)報(bào)告的趨勢(shì)基本一致.圖8是兩組螺栓切削試樣的抗拉強(qiáng)j和螺栓產(chǎn)品的拉力載荷的對(duì)照.切削試樣的抗拉強(qiáng)度平均值為108.8kgf/mm,用螺栓螺紋部分的有效截面積去除留出3扣舊拉力載荷的平均值,所得為112.7kgflmm,留出6扣的為1og.6kgf/mm.,留6扣的拉i)i,.一-re一6-:i鑫摩【同7沉淀硬化縫瓔溫度與硬度的關(guān)系/叢/./l堪媽孵

13、trp/,98夠留出3扣留出6邦廠家拉力載荷硬度拉力載荷硬度(tf)(tf)min15.7(hrc)min15.7(hrc)一max18.236.317.837.0a組m17.5134.5817.1534.48min16.932.016.831.0d0.351.190.251.21max19.337.718.737.7-b組m17.7934.9617.2235.0-3mi扭16.929.616.5532.od0.551.1340.511.28一45一挺驃o55d5哆盯曝磚盤-l.n占.分15i(gf/,艦5kgf/mm,囂籌驀姜:垂囊螺栓桿的內(nèi)部硬度屬均勻的硬度分布.羞用削廠艾范圍不脆化這一點(diǎn)

14、六,夏氏沖擊值特性七,扭矩系數(shù)值及其溫度圖9是對(duì)桿部帶有v型切槽的螺栓進(jìn)依存性a_omi平埒笸i.oii.粕,lorn2濕麾tv型槽夏氏沖擊試驗(yàn)結(jié)果擊試驗(yàn)的結(jié)果.圖1o是沉淀硬化在一4o.c和0.c時(shí)的瀋擊值的平均值來(lái)看,沖擊值在0.c是0至fb蠢幻紉溫度tj圖11是螺栓連接副的扭矩系數(shù)值對(duì)溫度的依存關(guān)系.在室溫下都能滿足a種標(biāo)準(zhǔn)的o.110-0.150.m妒_州,m-26,.?一?:0,一.:.;.:一蘭:.一;i一一一一一一0.?:?:.-一.?-.:,?-.一0加4d釜襲圖11試驗(yàn)溫度與扭矩系數(shù)值的關(guān)系ijt.一l耷tl.圖io沉淀硬化熱處理溫度與沖擊吸收能量的關(guān)系濕度(./,耐延遲破壞

15、特性一樣,帶有v型切槽,在有加速.加速試驗(yàn)使用的試樣和夏氏沖擊試樣檢延遲破用(鞴ph2彎0曲.試5h驗(yàn)c機(jī)i,2.萎簍可進(jìn)行實(shí)體螺栓的暴露試驗(yàn)和加:主羹速試驗(yàn).所.善著,一嵋4阿a.瀑-i一一一_一-葉,不銹鋼制高強(qiáng)螺栓的耐延遲破壞特性具有至少和普通鋼高強(qiáng)度螺栓相等的安全性.這里所給出的單位應(yīng)力值是假設(shè)彈性的應(yīng)力分布后,用截面系數(shù)除彎矩所得到的.圖12延遲破壞試樣形狀?fjoiii厶susidf口sijsior.ll.1呦!ii!.ll_l堇套辟f.斷(,i),葉+葉q圖14實(shí)體螺栓暴露試驗(yàn)用的被緊固鋼板實(shí)體螺栓暴露試驗(yàn)是用螺母回轉(zhuǎn)法將高強(qiáng)度螺栓緊固到圖14所示的被緊固板上,并使其暴露在海潮漲落的海岸地帶.從開始暴露的1988年i1月至現(xiàn)存,還沒(méi)觀測(cè)到破壞的發(fā),ji.九,結(jié)言針對(duì)不銹鋼結(jié)構(gòu)物的連接