热处理是高强度螺栓生产的关键工序，决定了螺栓的最终使用性能，可以使高强度紧固件具有一定强度、良好的塑性、韧性和低的缺口敏感性以及较高的抗弯强度。众所周知，没有化学成分，不成为材料; 但对材料来讲，热处理和化学成分一样重要。

螺栓热处理影响因素

为了使汽车紧固件满足一定的强度、硬度、塑性、韧性等综合力学性能指标，通常需要对8.8级以上的高强度汽车紧固件进行热处理。

原材料化学成分、炉内温度、炉内气氛、热处理时间、淬火介质等因素都会对热处理产生影响。

1、原材料的化学成分

汽车高强度紧固件用冷镦钢线材品种有碳素钢和合金钢。

除了高强度大六角头螺栓，根据GB/T1231要求，对M30以下规格所用材料作了规定外，其他螺栓，无论是国标还是国际标准均没有明确规定应采用的材质，只是指导性地指出需要添加的合金元素，

钢的含碳量决定了其淬硬性。奥氏体中的含碳量越低，热应力相对于组织应力就越大；反之，碳含量越高，组织应力的作用就越大。

合金元素能显著改善钢的淬透性。若钢的淬透性较好,工件易淬透，介质冷速过快时容易出现淬火开裂现象；若钢的淬透性较差，工件不易淬硬，介质冷速过慢时，很容易出现软点或硬度不足的现象。

2、淬火温度

提高碳钢和低合金钢的淬火温度。不仅会使热应力增加，而且由于淬透性增加，也会使组织应力增加，最终增大变形开裂的倾向。

过高的淬火温度容易引起翘曲，对于细长的螺栓，在保证性能指标的前提下，尽量采用较低的淬火温度。

3、原始组织及残余应力

淬火前的原始组织也会对热处理性能造成很大的影响，原始组织包括夹杂物等级、带状组织、原始晶粒度、成分偏析程度、游离碳化物质点分布方向以及不同预备热处理所得到的不同组织等等。

淬火前的残余应力大小及分布也会影响淬火后产品的性能，例如：机加工、锻造、焊接、校直等均能产生残余应力。

如果淬火前不进行退火来消除，则变形开裂的倾向就会增大。

螺栓在打头、变形和搓丝过程中容易造成大的机加应力，对于低合金螺栓(如 40Cr、40CrMo 等)一般采用热打的方式，大规格的碳钢螺栓(如35k、ML35 、35)则要求材料要有较好的加工性能。

如进行退火处理。避免形成大的残余应力，最终导致变形开裂。

4、介质冷却速度

冷却速度越快，淬火内应力就越大，变形开裂的倾向也越大，其中热应力主要决定于 Ms 以上的冷却速度，而组织应力主要取决于 Ms 点以下的冷却速度。

介质的冷却能力主要取决于其物理特性。如粘度、热容、润湿性等,但是温度、搅拌和浓度(水基)等工艺参数对冷却能力影响也很大，选择不当，必然会造成热处理缺陷。

针对碳钢紧固件，大多数采用水基的淬火介质。但是其比淬火油工艺参数多。对于工艺和操作人员的要求较高，使用过程中需做好维护和检测。

常见的热处理问题

热处理工艺中加热只是其中一道工序，但是如果加热过程中没有得到合理工艺控制，则会出现一系列的问题，甚至造成金属材质无法在正常使用。

螺栓热处理缺陷，有很多种，如表面硬度不足、软点、抗拉强度不足、变形较大、淬火开裂、表面氧化等。

其中，淬火开裂是一种最为危险最为常见的的热处理缺陷，可直接造成了产品的报废。

1、过热过烧现象

墩锻加热温度过高，局部易产生过热，过热时会导致材料晶粒粗大。

过热是指金属材料由于加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间过长，或由于热效应使温度过高引起的晶粒粗大现象。

过烧是指加热温度过高或在高温加热区停留时间过长，导致材料内部低熔点物质熔化，或环境中的氧化性气体渗透到晶界，形成易熔的氧化物共晶体。

过烧时局部晶界烧熔，并沿晶界出现小孔洞。过热和过烧没有严格的温度界限，一般以晶粒出现氧化或低熔点相和熔化为特征来判断过烧。

不管是过热还是过烧，都使得紧固件产品性能降低，在使用中容易出现早期失效。

一般情况下，紧固件材料过热可通过热处理进行性能的组织的恢复，而过烧则只能报废。

2、脱碳和氧化

钢在加热时，表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。

高温(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)。

3、淬火裂纹

在热处理调质过程中，对于加热介质、加热速度、加热保温时间等工艺参数的选择，是保证不引起裂纹的主要因素。

一是，淬火前原材料有划痕、凹坑、微细裂纹，淬火后扩展，所取样品为调质后裂纹扩展时的扩展裂纹。

原材料入库检验时采用低倍放大镜抽样检查，原材料入库检验时采用低倍放大镜抽样检查。

二是，零件尺寸和形状，淬火开裂与工件的形状有密切的关系，钢件形状影响淬火应力的大小和分布。

工件上的缺口、尖角、沟槽、孔穴及断面急剧变化的部位都是淬火内应力集中处，是断裂的危险部位。

设计生产时，应对结构进行优化。

三是，加热或冷却不当

淬火加热温度愈高，淬裂倾向愈大，淬火加热温度愈高，淬裂倾向愈大。淬火温度升高，加热保温时间延长，使奥氏体晶粒长大，则淬火马氏体粗化、脆化，断裂强度降低，这是淬裂倾向增大的根本原因。

不容易发生淬裂的加热炉是真空炉，容易产生淬火裂纹的低温区，在MS点温度以下，在这个温度区间发生奥氏体向马氏体的转变，体积膨胀，宏观热处理应力，可能导致淬火裂纹，因此称危险区。

在危险区应当尽量慢冷，以缓和淬火内应力。

4、零件内部未淬透

汽车高强度紧固件要获得具有良好力学性能的回火索氏体、回火托氏体组织，前提是淬火时要保证心部得到马氏体组织，这与钢的淬透性有密切关系。

不论是碳素钢还是合金钢，在完全淬透的情况下，紧固件经高温回火得到相同硬度的成品时，它们的力学性能如强度、塑性和韧性等都差不多。

也就是说，45钢和40Cr钢都完全淬透并回火至同一硬度时，它们的强度、塑性和韧性等大致相同，但是如果不完全淬透，即使回火后的硬度与淬透后回火的相同，其屈服强度、断后伸长率、断面收缩率和冲击强度等都要低些，其降低程度随淬透程度的减少而增大。

同一材质的产品，当截面大小不同时，淬透性也不同，虽然采用同一调质工艺，其力学性能却不尽相同。

截面越大，淬透性也越差，力学性能也越差。

同时，同样材质的原料，其化学成分允许在一定范围内波动，尤其是碳素钢会因为各钢厂在冶炼技术、标准上有所区别而不同，采用相同工艺生产的成品必然存在性能差异。

淬火加热温度主要根据钢的化学成分，结合具体工艺确定要保证淬火后体积分数至少90%的组织为马氏体，要有预热措施，可采取以下100℃的温度预热，使淬火后组织均匀，马氏体转变充分，心部较少游离铁素体或粒状碳化物

5、氢脆现象

金相组织对钢的氢敏感性影响很明显。

回火马氏体、上贝氏体（粗），下贝氏体（细）、索氏体、珠光体、奥氏体对氢的敏感性依次降低。

回火马氏体对氢脆的敏感性最强，因此在热处理时可通过调整热处理工艺，减少回火马氏体组织的生成。

汽车紧固件调质热处理是在高温下进行的。为了减少热处理过程中表面氧化的生成，常常在加热炉中加入保护气氛。

如果保护气氛中含有氢化合物，就有可能在热处理过程中吸氢，增加紧固件氢脆风险。

另外，热处理对电镀后的驱氢效果密切相关，淬火形成的残余应力对氢脆影响明显。

残余（拉）应力消除得越充分，电镀后驱氢的效果就越好，氢脆断裂的阈值也就越高，这种情况在高强度螺栓的生产中表现的最明显。

为防止产生氢脆，1000～1300MPa高强度紧固件必须在电镀后驱氢。驱氢时将电镀后的紧固件加热到一定温度并保持一段时间，使材料中的氢聚集形成氢分子而逸出。

驱氢不彻底主要有两个的原因：一是没有及时驱氢，二是驱氢时间过短。

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

西安福莱特热处理有限公司(029-88330370)拥有齐全的冷热加工设备及检测手段,是一家专门从事金属材料热处理工艺研发、工艺协作,机械加工,及工业加热设备设计、制造,粉末冶金,生产的经济实体。

热处理是高强度螺栓生产的关键工序，决定了螺栓的最终使用性能，可以使高强度紧固件具有一定强度、良好的塑性、韧性和低的缺口敏感性以及较高的抗弯强度。众所周知，没有化学成分，不成为材料; 但对材料来讲，热处理和化学成分一样重要。

螺栓热处理影响因素

为了使汽车紧固件满足一定的强度、硬度、塑性、韧性等综合力学性能指标，通常需要对8.8级以上的高强度汽车紧固件进行热处理。

原材料化学成分、炉内温度、炉内气氛、热处理时间、淬火介质等因素都会对热处理产生影响。

1、原材料的化学成分

汽车高强度紧固件用冷镦钢线材品种有碳素钢和合金钢。

除了高强度大六角头螺栓，根据GB/T1231要求，对M30以下规格所用材料作了规定外，其他螺栓，无论是国标还是国际标准均没有明确规定应采用的材质，只是指导性地指出需要添加的合金元素，

钢的含碳量决定了其淬硬性。奥氏体中的含碳量越低，热应力相对于组织应力就越大；反之，碳含量越高，组织应力的作用就越大。

合金元素能显著改善钢的淬透性。若钢的淬透性较好,工件易淬透，介质冷速过快时容易出现淬火开裂现象；若钢的淬透性较差，工件不易淬硬，介质冷速过慢时，很容易出现软点或硬度不足的现象。

2、淬火温度

提高碳钢和低合金钢的淬火温度。不仅会使热应力增加，而且由于淬透性增加，也会使组织应力增加，最终增大变形开裂的倾向。

过高的淬火温度容易引起翘曲，对于细长的螺栓，在保证性能指标的前提下，尽量采用较低的淬火温度。

3、原始组织及残余应力

淬火前的原始组织也会对热处理性能造成很大的影响，原始组织包括夹杂物等级、带状组织、原始晶粒度、成分偏析程度、游离碳化物质点分布方向以及不同预备热处理所得到的不同组织等等。

淬火前的残余应力大小及分布也会影响淬火后产品的性能，例如：机加工、锻造、焊接、校直等均能产生残余应力。

如果淬火前不进行退火来消除，则变形开裂的倾向就会增大。

螺栓在打头、变形和搓丝过程中容易造成大的机加应力，对于低合金螺栓(如 40Cr、40CrMo 等)一般采用热打的方式，大规格的碳钢螺栓(如35k、ML35 、35)则要求材料要有较好的加工性能。

如进行退火处理。避免形成大的残余应力，最终导致变形开裂。

4、介质冷却速度

冷却速度越快，淬火内应力就越大，变形开裂的倾向也越大，其中热应力主要决定于 Ms 以上的冷却速度，而组织应力主要取决于 Ms 点以下的冷却速度。

介质的冷却能力主要取决于其物理特性。如粘度、热容、润湿性等,但是温度、搅拌和浓度(水基)等工艺参数对冷却能力影响也很大，选择不当，必然会造成热处理缺陷。

针对碳钢紧固件，大多数采用水基的淬火介质。但是其比淬火油工艺参数多。对于工艺和操作人员的要求较高，使用过程中需做好维护和检测。

常见的热处理问题

热处理工艺中加热只是其中一道工序，但是如果加热过程中没有得到合理工艺控制，则会出现一系列的问题，甚至造成金属材质无法在正常使用。

螺栓热处理缺陷，有很多种，如表面硬度不足、软点、抗拉强度不足、变形较大、淬火开裂、表面氧化等。

其中，淬火开裂是一种最为危险最为常见的的热处理缺陷，可直接造成了产品的报废。

1、过热过烧现象

墩锻加热温度过高，局部易产生过热，过热时会导致材料晶粒粗大。

过热是指金属材料由于加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间过长，或由于热效应使温度过高引起的晶粒粗大现象。

过烧是指加热温度过高或在高温加热区停留时间过长，导致材料内部低熔点物质熔化，或环境中的氧化性气体渗透到晶界，形成易熔的氧化物共晶体。

过烧时局部晶界烧熔，并沿晶界出现小孔洞。过热和过烧没有严格的温度界限，一般以晶粒出现氧化或低熔点相和熔化为特征来判断过烧。

不管是过热还是过烧，都使得紧固件产品性能降低，在使用中容易出现早期失效。

一般情况下，紧固件材料过热可通过热处理进行性能的组织的恢复，而过烧则只能报废。

2、脱碳和氧化

钢在加热时，表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。

高温(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)。

3、淬火裂纹

在热处理调质过程中，对于加热介质、加热速度、加热保温时间等工艺参数的选择，是保证不引起裂纹的主要因素。

一是，淬火前原材料有划痕、凹坑、微细裂纹，淬火后扩展，所取样品为调质后裂纹扩展时的扩展裂纹。

原材料入库检验时采用低倍放大镜抽样检查，原材料入库检验时采用低倍放大镜抽样检查。

二是，零件尺寸和形状，淬火开裂与工件的形状有密切的关系，钢件形状影响淬火应力的大小和分布。

工件上的缺口、尖角、沟槽、孔穴及断面急剧变化的部位都是淬火内应力集中处，是断裂的危险部位。

设计生产时，应对结构进行优化。

三是，加热或冷却不当

淬火加热温度愈高，淬裂倾向愈大，淬火加热温度愈高，淬裂倾向愈大。淬火温度升高，加热保温时间延长，使奥氏体晶粒长大，则淬火马氏体粗化、脆化，断裂强度降低，这是淬裂倾向增大的根本原因。

不容易发生淬裂的加热炉是真空炉，容易产生淬火裂纹的低温区，在MS点温度以下，在这个温度区间发生奥氏体向马氏体的转变，体积膨胀，宏观热处理应力，可能导致淬火裂纹，因此称危险区。

在危险区应当尽量慢冷，以缓和淬火内应力。

4、零件内部未淬透

汽车高强度紧固件要获得具有良好力学性能的回火索氏体、回火托氏体组织，前提是淬火时要保证心部得到马氏体组织，这与钢的淬透性有密切关系。

不论是碳素钢还是合金钢，在完全淬透的情况下，紧固件经高温回火得到相同硬度的成品时，它们的力学性能如强度、塑性和韧性等都差不多。

也就是说，45钢和40Cr钢都完全淬透并回火至同一硬度时，它们的强度、塑性和韧性等大致相同，但是如果不完全淬透，即使回火后的硬度与淬透后回火的相同，其屈服强度、断后伸长率、断面收缩率和冲击强度等都要低些，其降低程度随淬透程度的减少而增大。

同一材质的产品，当截面大小不同时，淬透性也不同，虽然采用同一调质工艺，其力学性能却不尽相同。

截面越大，淬透性也越差，力学性能也越差。

同时，同样材质的原料，其化学成分允许在一定范围内波动，尤其是碳素钢会因为各钢厂在冶炼技术、标准上有所区别而不同，采用相同工艺生产的成品必然存在性能差异。

淬火加热温度主要根据钢的化学成分，结合具体工艺确定要保证淬火后体积分数至少90%的组织为马氏体，要有预热措施，可采取以下100℃的温度预热，使淬火后组织均匀，马氏体转变充分，心部较少游离铁素体或粒状碳化物

5、氢脆现象

金相组织对钢的氢敏感性影响很明显。

回火马氏体、上贝氏体（粗），下贝氏体（细）、索氏体、珠光体、奥氏体对氢的敏感性依次降低。

回火马氏体对氢脆的敏感性最强，因此在热处理时可通过调整热处理工艺，减少回火马氏体组织的生成。

汽车紧固件调质热处理是在高温下进行的。为了减少热处理过程中表面氧化的生成，常常在加热炉中加入保护气氛。

如果保护气氛中含有氢化合物，就有可能在热处理过程中吸氢，增加紧固件氢脆风险。

另外，热处理对电镀后的驱氢效果密切相关，淬火形成的残余应力对氢脆影响明显。

残余（拉）应力消除得越充分，电镀后驱氢的效果就越好，氢脆断裂的阈值也就越高，这种情况在高强度螺栓的生产中表现的最明显。

为防止产生氢脆，1000～1300MPa高强度紧固件必须在电镀后驱氢。驱氢时将电镀后的紧固件加热到一定温度并保持一段时间，使材料中的氢聚集形成氢分子而逸出。

驱氢不彻底主要有两个的原因：一是没有及时驱氢，二是驱氢时间过短。

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

西安福莱特热处理有限公司(029-88330370)拥有齐全的冷热加工设备及检测手段,是一家专门从事金属材料热处理工艺研发、工艺协作,机械加工,及工业加热设备设计、制造,粉末冶金,生产的经济实体。