ボルト熱処理の技術的要件、一般的な欠陥、および影響要因

ボルトの機械的性質により、高強度ボルトと普通ボルトに分けられます。 高強度ボルトとは、主に機械的特性グレードが 8.8 以上のボルトを指します。 これらの製品は、主に低炭素合金 (ホウ素、マンガン、クロムなど) 鋼や中炭素鋼などの高品質の材料で作られています。 個々の品種や仕様を除き、すべて焼入れ焼戻し処理を施しております。 それらは高い機械的特性とサービス特性を備えており、多くの場合、要件の高い場面で使用されます。

1. の技術的要件ボルト熱処理

熱処理は高強度ボルトの製造における重要なプロセスであり、ボルトの最終的な使用性能を決定し、高強度ファスナーを設計要件に適合させることができます。 一定の強度、良好な可塑性、靭性、低いノッチ感度、および高い曲げ強度を備えています。 緩和やその他の総合的な機械的特性とサービス性能を避けてください。 ファスナー製品の品質と信頼性を確保し、製品の市場競争力を向上させるため。

2.一般的な欠陥と影響要因ボルト熱処理

ボルトの熱処理には、不十分な表面硬度、ソフト スポット、不十分な引張強度、大きな変形、焼入れ割れ、表面酸化などの多くの欠陥があります。焼入れ割れは、熱処理で最も危険な欠陥の 1 つです。 製品廃棄に直結します。 熱処理の欠陥に影響を与える多くの要因があります。 鋼の焼入れ性、オーステナイトの化学組成、焼入れ加熱温度、中冷却速度、元の組織、ワーク形状、残留応力とその分布、加熱設備と雰囲気など

2.1. 鋼の化学組成と焼入れ性

鋼の炭素含有量は、その焼入れ性を決定します。 オーステナイトの炭素含有量が低いほど、構造応力に比べて熱応力が大きくなります。 逆に、炭素含有量が高いほど、構造応力の影響が大きくなります。 合金元素は、鋼の焼入れ性を大幅に向上させることができます。 鋼の焼入れ性が良く、ワークピースが硬化しやすい場合、構造応力と特定の公差の影響は比較的大きく、中程度の冷却速度が速すぎると焼割れが発生しやすくなります。 鋼の焼入れ性が悪く、ワークピースが硬化しにくく、中程度の冷却速度が遅すぎると、ソフトスポットや硬度が不足しやすくなります。

2.2 焼入れ温度

炭素鋼、低合金鋼の焼入れ温度を上げる。 熱応力が増加するだけでなく、焼入れ性の増加により構造応力も増加し、最終的に変形割れの傾向が増加します。 焼入れ温度が高すぎると、反りが発生しやすくなります。 細長いボルトは、性能指標確保を前提として、できるだけ低い焼入れ温度で使用する。

2.3 元の構造と残留応力

焼き入れ前の元の組織も熱処理性能に大きな影響を与えます。 元の組織には、介在物グレード、帯状組織、元の結晶粒径、成分偏析の程度、遊離炭化物点の分布方向、および異なる予備熱処理によって得られる異なる組織が含まれます。

焼き入れ前の残留応力の大きさと分布は、機械加工、鍛造、溶接、修正など、焼き入れ後の製品の性能にも影響します。 これをなくすために焼入れ前に焼きなましを行わないと、変形割れが発生しやすくなります。 ボルトは、圧造、せん断、ねじ切りの過程で大きな機械的応力が発生する傾向があります。 低合金ボルト (40Cr、40CrMo など) は一般的にホット パンチされますが、大型の炭素鋼ボルト (35K、ML35、35 など) には優れた加工特性が必要です。 アニーリングなど。 最終的に変形や亀裂につながる大きな残留応力の形成を避けてください。

2.4 中程度の冷却速度

冷却速度が速いほど、焼入れ内部応力が大きくなり、変形や割れが発生しやすくなります。 その中で、熱応力は主に MS 以上の冷却速度に依存し、構造応力は主に M 以下の冷却速度に依存します。媒体の冷却能力は主にその物理的特性に依存します。 粘度、熱容量、湿潤性などだけでなく、温度、攪拌、濃度 (水性) などのプロセス パラメータも冷却能力に大きな影響を与えます。 不適切な選択は、必然的に熱処理の欠陥につながります。 炭素鋼ファスナーの場合、それらのほとんどは水ベースの焼入れ媒体を使用します。 しかし、焼き入れ油よりも多くのプロセスパラメータがあります。 プロセスとオペレーターには高い要件があり、使用中にメンテナンスと検出を行う必要があります。 水性製品の一般的な問題 [3]:

2.4.1 培地濃度が低すぎる

濃度が低すぎると、変形や割れなどの不具合が発生しやすくなります。 濃度検出を強化し、時間内に調整する必要があります。 現在のところ。 屈折計は、主に生産現場での濃度検出に使用されます。 汚染、媒体の老化、その他の理由により、屈折率が低下します。 新しい液体を使用すると、屈折率濃度が過大評価されます。 例えば。 屈折計の読みは6で、新しい液体の屈折係数は2.5です。 濃度は 6x2.5=15% と考えられます。 実際の濃度が 6x1.5=9 パーセントのみの場合、濃度は 6 パーセント過大評価されています。 これは非常に危険です。

2.4.2. メディアの温度が低すぎる、または高すぎる。 水溶性急冷媒体の液温は、コアアッシュの冷却特性に大きな影響を与えます。 循環空気冷却システムは、使用中にバス温度を調整するために使用中に装備する必要があります。 温度が高すぎたり低すぎたりすると、ワークが変形して割れることがあります。 ポリグリコール (PAG) 水溶性クエンチング剤は、固有の逆溶解度を持っています。つまり、水への溶解度は温度の上昇とともに減少します。 媒体温度が上昇した後、蒸発が増加し、蒸気膜段階が大幅に延長され、最大の推奨冷却速度が低下します。 通常、動作温度は 60 度未満である必要があります。 温度が高すぎるとPAGと水が分離し、冷却特性が大きく変化して熱処理不良となります。

2.4.3 ミディアムエイジング

クエンチ・冷却工程はかなり過酷な使用環境であり、酸化劣化、熱劣化、機械劣化等によりPAGの分子鎖が切断・短縮されます。 分子鎖が短いということは粘度が小さいことを意味し、対流ガスの下降段階（低温冷却）は媒体の流動性（粘度）と密接に関係しています。 粘度が低下し、対流冷却速度が増加します。

したがって、同じ濃度を確保する条件下では、時間の経過とともに粘度が低下し続け、その結果、低温での急速な冷却速度が発生し、変形や亀裂が発生しやすくなります。

2.4.4 中程度の汚染

水溶性焼入れ媒体の場合、外部からの汚染を厳重に避ける必要があり、特にタンク液に易乳化性油が混入すると、水剤が乳化し、水剤の低下や特性の大きな変化を引き起こします。 しかし、それ自体の汚染にも十分な注意を払う必要があります。

まず、水道水を長期間補給すると、水中の溶解物質が徐々に焼入れ媒体に蓄積します。 その結果、屈折計で測定される濃度が高くなります。

2番。 内部および外部の変成生成物からの汚染物質は、クエンチング ガス減圧の蒸気膜段階を延長する可能性があります。

三番。 添加された焼入れ剤（溶質）に対するワークのアンバランスは、焼入れ中にもたらされます。

2.4.5 不適切な混合

媒体の混合により、媒体が均一かつスムーズに流れ、停滞領域が解消されます。

攪拌を増やすと、蒸気膜ステージがより速く壊れ、冷却が均一になります。 混合が不十分だと、硬度不足やソフトスポットなどの欠陥が発生しやすくなります。 攪拌速度が速すぎると、空気が混ざりやすく凹みムラが発生しやすく、変形や硬さムラなどの不良も発生しやすくなります。 ほとんどのメッシュ ベルト炉の生産ラインではプロペラ混合が使用されます。このプロペラは、液面から 300 mm 以上の深さまで挿入する必要があります。 加えて。 攪拌に圧縮空気を使用することは固く禁じられています。これにより、ガスが熱交換に参加することが促進されるだけでなく、精神が落ち込んで不均一になり、変形が悪化し、急冷割れにさえつながります。 また、媒体の劣化や汚染を加速し、寿命を縮めます。

3. ボルトのよくある不具合の対策

3.1 不十分な表面硬度、ソフト スポット、引張強度

(1) 水系焼入れ媒体の場合。

PAGクエンチング剤の濃度を下げるか、塩クエンチング剤の濃度を上げて、冷却速度を加速することができます。

(2) 焼入れ媒体の温度を下げます。

(3) クエンチング強度を向上させるために、循環と攪拌を増やします。

(4) 焼入れ温度を上げ、保持時間を長くする。 構造を完全にオーステナイト化します。

(5) 炭素含有量の多い鋼または焼入れ性の良い鋼を選択してください。

表面が脱炭した場合。 表面硬度が不足している可能性があります。

表面の研磨量を増やし、前後の硬さの変化を比較することで確認できます。 表面が脱炭する場合は、加熱炉のカーボンポテンシャルを上げる必要があります。

3.2 大変形、焼割れなど

(1) 水ベースのクエンチング剤の場合、PAG クエンチング剤の濃度を増加させるか、塩クエンチング剤の濃度を減少させてストレスを軽減することができます。

（2）急冷液の温度を上げる。

(3) 循環と混合強度を下げる。

(4) 焼入れ温度または予冷焼入れを下げる。

(5) 細いボルトは焼入性の低い鋼材を選定してください。

できるだけ均一に加熱・冷却されるように、急冷剤に浸漬したワークの移動方向や向きに十分注意する必要があります。 また、加熱時の自重による変形も避けてください。 焼入れボルトに歯破裂、角破裂、その他の焼割れがある場合。 構造上の欠陥または過度の機械的残留応力が原因である可能性があります。 特にグレード 8.8 35 鋼シリーズの場合。 一般 Ф 20 未満のワイヤは焼鈍する必要はありません。 Ф 20 を超えると、ワイヤ硬度を下げ、機械的ストレスを減らし、伸線ダイスの寿命を延ばすために、焼鈍処理 (表面硬度が 20hrc 以下) を採用する必要があります。

3.3 焼入れ後、表面がわずかに酸化して黒くなっているが、酸化皮膜はない

メッシュベルト炉がファスナーの大量生産に使用される場合、特に水ベースの媒体の場合、ヘッドまたは全体が青または黒の酸化で表示されることがよくあります。 これは、打ち抜きや水分の浸透の過程で多量の水蒸気が発生し、高温多湿の酸化雰囲気でワーク表面の酸化が激しくなるためです。

（1）ウォーターシールの水圧を上げて、水蒸気が炉体に入るのをできるだけ避けます。

(2) フィルタースクリーンを掃除します。

(3) タンクの液面を下げる。

(4) かき混ぜを強める。 冷却速度を上げます。

(5) メタノールの水分含有量が基準を超えており、合格品を交換する必要がある

3.4 焼入れ後の深刻な酸化。 酸化皮膜の剥離

焼入れ後のワークは激しく酸化し、酸化スケールまで脱落します。 基本的には加熱雰囲気によるものと判断できます。

(1) キャリアガス (メタノール) が使い果たされ、炉内の雰囲気が保護されなくなります。

(2) 炉体に漏れが生じた場合は、速やかに気密性を確認してください。

(3) メタノールの水分含有量が基準を大幅に超えているため、認定製品を交換する必要があります。

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