高强度紧固件的材料选择与热处理(5)

材料牌号

性能特点

性能不足

适用范围

45

最常用的高强度紧固件材料，材料调质后，中小规格的紧固件，能达到抗拉强度和硬度要求。

淬透性比较差，淬火不当易产生开裂。

8.8级M20以下螺栓、六角螺母、垫片

40Cr

最普通的合金结构钢，淬透性较45钢好；塑性变形、韧性等指标优于45钢，一般高强度螺栓常用材料。

难以满足有低温冲击要求的高强度螺栓。

8.8级M20以上螺栓及一般性能要求10.9级螺栓，大规格六角螺母

20MnTiB

良好的机械加工的工艺性能，是细晶钢，在高温加热时晶粒不易长大，适用于表面渗碳淬火

钢材淬透性较差，只适用小规格的产品

钢结构高强度用六角螺栓推荐材料，适用于10.9级M≤24mm的螺栓。

35VB

钒能细化晶粒，提高钢材的强度与韧性，硼加入金属材料后，淬火强度、淬透性得到提高，是较大规格钢结构螺栓推荐材料

大于M30的螺栓综合性能难以达到要求。

适用于M≤30钢结构大六角螺栓，由于合金成分比较少，不适应大于M30规格的紧固件。

35CrMo

冲击韧性、疲劳强度、抗拉强度等综合机械性能均好于40Cr，螺栓在400以下温度下工作时性能良好

焊接性能差，热处理不当会产生第一类回火脆性。

适用于制作8.8级大规格及10.9级中等规格的螺栓

42CrMo

特性与用途与35CrMo基本相似，但强度与淬透性强于35CrMo，能制作大规格10.9级的产品

有白点敏感性，10.9级大规格紧固件，韧性要求高的，建议慎用。

适用于较大规格10.9级的螺栓

40CrNiMo

有较高的强度、韧性和良好的淬透性，淬油时临界直径能达到55mm，低温冲击性能比较良好。

处理不当会有回火脆性，白点敏感性较强、焊接性能较差。

适用于10.9级大规格（≥M39）并且有低温冲击要求及12.9级的螺栓

图表六.常用高强度用钢的性能与适用范围

04

耐热钢及热处理

1耐热钢的性质与分类

在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。

耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。目前，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。

抗氧化钢中加入合金元素铬、硅、铝等，他们与氧亲和力大，故优先被氧化，形成一层致密的、高熔点的并牢固覆盖于钢表面的氧化膜（Cr2O3、SiO2、Al2O3），可将金属与外界高温氧化性气体隔绝，从而避免进一步氧化。

实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为低碳钢。

热强钢材料在高温下的强度有两个特点：

一是温度升高，金属原子间结合力减弱、强度下降；

二是在再结晶温度上即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的增长而增大，最后导致金属破坏。

这种现象称为蠕变。产生蠕变的原因是：在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失。例如，可促使回复与再结晶，使加工硬化效果减弱或消失；促使过饱和固溶体（如马氏体）发生分解及弥散的硬化质点聚集，使淬火硬化效果减弱或消失等。

所有这些过程都导致金属逐渐软化而产生蠕变。显然，其过程与温度、时间有关。耐热钢按照组织特性分为奥氏体型，铁素体型，马氏体型和沉淀硬化型等四种类型。

耐热钢又称不锈耐热钢，一些性能特点与不锈钢基本类似，耐热钢的另一大特点，是材料能够在600—700℃环境下长期使用，而其他钢材在高温下性能会大幅度的衰减，根据耐热钢的四种类型，热处理工艺有区别：

奥氏体型耐热钢：固溶处理，目的是让材料内的各种合金元素均匀分布在各个区域，达到材料不锈与耐高温的特性。含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在?600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。

通常用作在?600℃以上工作的热强材料。典型钢种有?1Cr18Ni9Ti、1Cr23Ni13、1Cr25Ni20Si2、2Cr20Mn9Ni2Si2N、4Cr14Ni14W2Mo等

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