回火温度对35CrMo高强螺栓组织及性能的影响
35CrMo中碳合金钢具有淬透性好，综合力学性能高，回火脆性不敏感，且价格低廉等特点，广泛应用于制造承受冲击、抗弯、高载荷的各种机器零件。本文通过研究了螺栓淬火后不同回火工艺的试验，得出了不同回火下的力学性能，为制订合理的热处理工艺提供了依据。
1. 试验螺栓材料及性能要求
本文以35CrMo材料为研究对象，其化学成分见表1。
表1 材料的化学成分（质量分数） （%）
化学元素 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo |
35CrMo | 0.32～0.40 | 0.17～0.37 | 0.40～0.70 | ≤0.035 | ≤0.035 | 0.80～1.10 | ≤0.030 | ≤0.030 | 0.15～0.25 |
实测 | 0.34 | 0.22 | 0.65 | 0.015 | 0.005 | 0.972 | 0.014 | 0.019 | 0.178 |
履带螺栓性能要求较高，一般大于等于12.9级高强度螺栓的要求。
2.试验过程
（1）试验方案
本文主要采用M20外六角头螺栓在880℃淬火，并在150～600℃之间进行回火，具体试验方案见表2所示。
表2 试验方案
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
回火温度/℃ | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 |
（2）试样制备
回火后的螺栓按GB/T3098.1-2000 紧固件力学性能中螺栓螺钉和螺柱进行检查，并按照标准要求进行取样并检查。拉伸试验选择Φ5mm的标准试样，冲击试样为10mm×10mm×50mm的标准夏比U型缺口试样。
3.试验结果分析
（1）回火对金相组织的影响
图1不同回火温度下的金相组织。回火是将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。随着回火温度的升高，马氏体开始发生分解，过饱和的а固溶体中析出弥散的碳化物，金相组织由回火马氏体向回火索氏体转变。当回火温度升高至400℃以上时，已脱离共格关系的渗碳体开始明显地聚集长大，片状渗碳体的长度和宽度比逐渐缩小，最终形成粒状渗碳体。在渗碳体聚集长大的同时，а相的状态也不断发生变化，当回火温度在400℃以上时，由于马氏体的分解、碳化物的转变及聚集球化，使а相的晶格畸变大大减小，因此残留应力基本消除。
（2）回火温度对力学性能的影响
对四种回火温度下的试样进行拉伸及冲击试验，图2、图3、图4、图5分别是回火温度对螺栓的楔负载、抗拉强度、屈服强度、冲击韧性及截面硬度的影响。
楔负载是螺栓综合力学性能的一个体现，在试验过程中，断裂应在杆部或未旋合的螺纹长度内，而不应发生在头部或头杆交接处。在进行楔负载试验过程中，螺栓断裂前应达到相应的性能等级规定的最小拉力载荷。由图2可以看出，随着回火温度的升高，螺栓所能承受最大力先升高而下降，在250～500℃之间回火，螺栓所能承受的最大力满足国标要求。
图3为回火温度对螺栓抗拉强度及屈服强度的影响曲线，随着回火温度的升高，抗拉强度及屈服强度不断降低。传统的热处理工艺下，金属材料的强度和塑性、韧性往往是一对矛盾，强度随着回火温度的升高而降低，韧性势必随着回火温度的升高而升高。图4为回火温度对螺栓冲击韧性的影响曲线，从图中可以看出，回火温度低于400℃时，冲击韧性变化不明显，趋于平缓，说明此种材料在小于400℃回火，冲击韧性对温度的敏感性不高；回火温度大于400℃之后，高强螺栓的冲击韧性呈直线迅速升高。
图5为回火温度对螺栓截面硬度的影响曲线，由图中可以看出，随着回火温度的升高，截面硬度不断降低。回火组织的硬度主要来自过饱和碳的固溶强化效应，回火的整个过程都伴随着马氏体中碳含量的降低，直接导致回火时硬度的降低。过渡碳化物的析出，虽可产生一定的硬化效果，但其影响小于固溶强化的减弱。在350℃以上回火硬度急剧降低的原因在于组织已经为回火屈氏体，碳化物转变为渗碳体，共格关系破坏以及碳化物的聚集长大所致。
4.结语
（1）随着回火温度的升高，螺栓的楔负载先升高后降低，在250～500℃满足国标要求；屈服强度和抗拉强度随着回火温度的升高不断降低；低于400℃回火，螺栓的冲击韧性变化不明显，当回火温度大于400℃，冲击韧性变化剧烈；随着回火温度的升高，硬度不断降低，在回火温度大于350℃后，变化剧烈；随着回火温度的升高，马氏体开始发生分解，过饱和的а固溶体中析出弥散的碳化物，金相组织由回火马氏体向回火索氏体转变。
（2）本文对35CrMo高强螺栓回火的研究，有力的促进了对材料的了解，方便了热处理工艺的制定，并能有效的控制产品的质量。
文/陈丹、马强、孙晓兵、顾兴鹏，山推工程机械股份有限公司
