热处理紧固件表面与芯部硬度关系论文

　　液压设备的整个系统中会采用大量的紧固件进行装配和紧固，由于液压设备系统属于动态设备，对安全性的要求会比较高，在紧固件的选用中也会大量采用高强度的产品，高强度紧固件由于需要进行热处理调质，如果生产工艺不稳定，会对紧固件产品产生非常大的影响，因此在安装前会对紧固件进行抽样检测。行业中，最普遍、最重要的机械性能检测方法之一就是硬度试验，常规的硬度检测方法包括洛氏硬度、维氏硬度和布氏硬度。而维氏硬度除了用于考核紧固件的硬度指标之外，还可以考核紧固件的脱碳和增碳。由于在GB/T3098.1-2010 的有关螺栓、螺钉和螺柱的机械和物理性能的中有“紧固件的表面硬度不应比芯部硬度高出30 HV单位”的注释，因此，紧固件的检验人员经常会做出这样的检测结论：“芯表硬度差异超过30 HV，不合格”。本文针对这一判定结果进行简要分析，希望能够给从事检验的人员予一定的启示。

　　1、试验目的

　　1.1常规硬度试验目的

　　常规硬度试验根据GB/T 3098.1-2010 中9.9.1 条款的规定，对不能实施拉力实验的紧固件：测定紧固件的硬度;对能实施拉力试验的紧固件：测定紧固件的最高硬度。即公称长度l<2.5 d(d 为公称直径)的产品，因无法进行拉力试验，需要考核它的最高和最低硬度，对于可以进行拉力试验的产品，由拉力试验考核性能下限，硬度考核性能上限。因此，在GB/T3098.1-2010中的只规定了最小拉力载荷，并没有规定拉力上限(有部分产品规定了拉力上限，如GB/T 1228 和ASTM A490 等钢结构紧固件都规定了拉力载荷的上限和下限，本文只针对满足GB/T3098.1-2010标准要求的常规紧固件产品。)

　　1.2小力值维氏硬度试验目的

　　因为根据GB/T 3098.1-2010 的规定，紧固件的硬度测试的仲裁采用维氏硬度(F ≥ 9 8 N)，即硬度的仲裁应采用HV10 或以上的维氏硬度方法，而碳势评定(脱碳和增碳)应采用HV0.3。使用小负荷维氏硬度进行硬度试验，是基于硬度值的变化和含碳量有直接的关系，在同一组织状态下，含碳量的减少会导致硬度值的下降，根据硬度值的分布梯度来测定增、脱碳的深度。

　　1.2.1脱碳试验

　　通常把黑色金属材料(钢)表面含碳量降低的现象称为脱碳。表面硬度和芯部硬度的差值是用来控制热处理工艺质量(表面脱碳或渗碳)，本身并不反映紧固件的整体机械性能，因此，只有经过热处理的8.8级以上的紧固件才需要检测脱碳。造成表面脱碳主要是因为原材料退火或在调质处理过程中，炉内保护气体的碳势控制不当造成的。表面脱碳有可能导致紧固件螺纹强度降低甚至在安装使用中产生脱扣，造成失效。所以，在线材退火、紧固件热处理之后分别进行脱碳检测，是非常有必要的。因为脱碳是表面碳的损耗，因此是可逆的，可以进行返工。

　　如紧固件性能等级在8.8 级以上、螺距p ≥1.25mm，则可进行硬度法测试脱碳。测试第2 点和第1 点的硬度应在同一牙上进行测量(见图3)。第2点的维氏硬度值HV(2)应等于或大于第1 点维氏硬度HV(1)减去30 个维氏单位，螺纹未脱碳层的高度E 应符合表2规定的技术要求。

　　1.2.2增碳试验

　　基体金属表面碳含量的增加被称为增碳。“紧固件的表面硬度不应比芯部硬度高出30 HV单位”，这是GB/T 3098.1-2010 标准中对8.8 级以上(含8.8 级)的紧固件产品规定的最高表面硬度。同时对10.9 级和12.9 级紧固件的最高表面硬度明确规定为390 HV和435 HV。与脱碳试验相类似，最高表面硬度是用来控制热处理质量(表面脱碳或增碳)，本身并不反映紧固件的整体机械性能，因此，只有经过热处理的8.8级以上的紧固件才需要检测增碳。造成表面增碳的原因是因为在热处理过程中，热处理炉内保护气体的碳势控制不当或因对已脱碳产品的表面进行复碳时人为调高碳势造成表面增碳。过高的含碳量会使螺纹表面硬度增加，导致紧固件的脆性或降低疲劳强度，因此，在紧固件热处理完成后，需要对产品进行增碳试验测试。

　　2、试验方法

　　2.1常规硬度试验方法

　　GB/T3098.1-2010 标准9.9.4.3规定：在表面测定硬度，应去除表面镀层或涂层，并对试件适当处理后，在头部平面、螺纹末端或无螺纹杆部测定硬度。如表面硬度超出最高硬度要求，则应在距螺纹末端1 倍螺纹直径处取一截面，并应经适当处理。在1/2 半径与轴心线间的区域内测定硬度，硬度值不得超过最高硬度要求。如有争议，使用维氏硬度进行仲裁测试。常规硬度试验方法中并未规定表面硬度和芯部硬度之间的差值。同时，标准规定：对热处理紧固件，在1/2半径区域内测定的硬度值之差，若不大于30HV，则证实材料中马氏体已达到90%的要求。

　　2.2小力值维氏硬度试验方法

　　2.2.1脱碳试验方法

　　GB/T 3098.1 标准规定：应从完成全部热处理工序，并应去除镀层或其他涂层后的紧固件上制取试样。在距螺纹末端约一个公称直径(1d )、沿螺纹轴心线截取一纵向截面的试件，试件应嵌入塑料中或安装在夹具中。安装后，对表面进行研磨和抛光，直至可进行金相检查。

　　2.2.2增碳试验方法

　　GB/T 3098.1-2010 规定，可以采用以下方法之一进行增碳试验：

　　1)在纵向截面上测定硬度;

　　2)在表面测定硬度，如有争议，以及当p ≥1.25mm时，按紧固件纵向截面硬度试验为仲裁试验。

　　3、结语

　　基于以上分析，可判定“紧固件的表面硬度不应比芯部硬度高出30 HV单位”是用来检测热处理紧固件表面是否增碳，而不是检测紧固件机械性能的指标，在紧固件维氏硬度检测中，应当将HV10 或以上(用于检测紧固件硬度的方法)和HV0.3(用于检测紧固件脱碳、增碳的方法)区分开来，用芯部硬度(HV10检测)的数值与表面硬度(HV0.3 检测)的数值相比较，得出一个芯表差异超过30 HV，然后判定该样品不合格是不正确的;只有使用HV0.3 同时测定表面硬度和芯部硬度时，测得紧固件的表面硬度和芯部硬度的差值超过30 HV，然后判定不合格，才是正确的。由于液压设备对配件质量的要求比较高，在液压设备紧固件质量的验收中，要严格按照标准的要求对每一个考核指标，都要采用标准规定的检验方法，得出标准规定的检验结论，否则很有可能造成误判或不规范判定。紧固件的质量对于液压设备运行当中的安全性而言，可能是决定性的。因此，紧固件的规范性检测是相当重要的。