高强度紧固件的材料选择与热处理(2)

例一：不同材料制成的产品经过拉伸试验后，得出的试验结果，有比较大的差别，具体见下面的报告的数据。（图表二?）

图表二A：普通42CrMo材料制成产品的拉伸试验报告

图表二B：B7材料制成产品的拉伸试验报告

从上面实例中可以看出，不同的材料品种对拉伸试验产生的数值有些差异，经过二种不同的材料的元素分析，可以更加明显地看出合金成分差异对性能的影响：（见图表三）

?元素

品种

C

Cr

Mo

Si

Mn

S

P

规范要求

0.38-0.45

0.90-1.20

0.15-0.25

0.17-0.37

普0.5-0.8

B7(0.65-1.1)

≤0.04

≤0.035

B7材料

0.39

1.04

0.19

0.25

0.75

0.04

0.011

42CrMo

0.38

1.04

0.16

0.21

0.59

0.04

0.058

图表三；二种材料的化学元素分析

从上面二个图表中可以看出几点：

1）

同一家公司热处理后的螺栓双头，抗拉强度、屈服强度比较相近（B7材料产品检测数值略微高一些），但是断面收缩率相差比较大，?B7材料生产的双头螺栓断面收缩率数值比较高，全部达到并且超过技术要求；而普通42CrMo材料生产的双头螺栓数值比较低，并且其中的一个产品的断面收缩率数值不合格，这批产品试验判断为不合格。

2）

从化学元素组成来看：最主要的区别在于Mo元素的含量，B7材料的含Mo量达到0.19%，而普通42CrMo材料含Mo量仅为0.16%，刚刚达到材料的要求，钼元素的增加，主要功能是细化晶粒，增加了韧性；在上面实例的数值中，可以充分地说明上面的理论分析。（断面收缩率是机械性能四项指标中，是最容易出差错的指标）。

3）

Mn元素略微增加，对提高强度性能起到积极的作用，Mn元素的不足之处，由于Mo元素的含量的增加，起到弥补作用。

4）

S?、P元素：杂质元素的减少能够提高材料的韧性；B7材料P元素含量的减少，对提高材料的塑性起到积极地作用。

3

12.9级螺栓材料选择：

12.9级的螺栓，如果有冲击韧性要求的，建议改用三元素合金材料，这样性能比较稳定，例如我国牌号：40CrMoMn，40CrNiMo等等比较适合。

12.9级的螺栓，材料选择余地比较小，如果不偏重考虑到韧性及低温冲击值，那么用42CrMo类型材料即可，但目前采用12.9级的产品的要求均很高，许多产品有低温冲击的要求。

以风机配件为例，12.9级的紧固件，在﹣40°C低温下，冲击值必须≥27J。因此必须采用了多种合金元素的结构钢，目前我国采用的只是40CrNiMo，而国外使用的CrNiMo类型的多合金元素的材料有许多种，可以有效地进行选择。

下列是国内外常用的几种牌号。（图见表四）

图表四：国内外常用CrNiMo类的材料

从上面一组类似成分的材料组成来说，德国材料含铬量比较高一些；美国材料的含镍量略高，其他元素的组成的成分区域基本相近，但在材料使用过程中要注意四个方面：

1）

.国外的铬，镍元素含量略多，这样，有效地提高了材料整体的强韧性，尤其是对低温冲击值的提高起到了积极作用，由于Cr和Ni元素价格贵，资源稀缺，我国一般控制在下限。因此，在性能上存在一定的差异，Ni、Mo元素下限值会影响低温冲击韧性的数值。

2）

.美标CrNiMo类的材料有一系列牌号，针对不同的技术要求、不同规格的杆径可以有效地进行针对性的选择，而我国CrNiMo的材料牌号比较单一，仅仅只有两种，选择余地较小。

3）

.?Mo元素的范围，美国、德国的上差范围比我国的材料有了提高；而且美国、德国从实际需要出发，材料中Mo元素的含量都制定在中间数值范围，我们国家大部分的钢铁企业，为了效益的最大化，Mo元素控制在下差的范围。

4）

.由于我国CrNiMo的材料的使用很少，这种材料不仅市场上难买，而且每批材料成分差别比较大，低倍组织也不理想，因此对产品达标率带来一定的问题。

5）

.由于很少使用CrNiMo的材料，一般热处理厂家对40CrNiMo材料热处理工艺实践少，多种合金元素的相互作用及怎样能够充分发挥各种合金元素的作用理解不深；因此，热处理工艺难以掌握。

由于材料批次不同、材料的成分差别，引起热处理后产品性能的波动，会直接影响到紧固件的性能；因此，如果以强度为主的产品，12.9的产品完全能够做到；但要求强度、韧性综合性能高的紧固件产品，难度较大，建议慎用12.9级。

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1103/340.html