Bolltau -cryfder uchel: dadansoddiad cynhwysfawr o ddeunyddiau i driniaeth wres
1 Cyflwyniad i bolltau cryfder uchel
1.1 Safonau bolltau cryfder uchel
Mewn masnach ryngwladol a phrosiectau tramor, mae bolltau cryfder uchel fel arfer yn dilyn y prif safonau canlynol i sicrhau bod eu deunyddiau, priodweddau mecanyddol, triniaeth wres, ac ati yn bodloni'r gofynion technegol angenrheidiol:
ISO 898-1
Defnyddir y safon hon yn eang ledled y byd (yn enwedig yn Ewrop a phrosiectau rhyngwladol eraill) ac mae'n nodi priodweddau mecanyddol caewyr dur carbon a dur aloi fel cryfder tynnol, cryfder cynnyrch, caledwch, elongation a chyfernod trorym.
Y graddau cryfder cyffredin yn ISO 898-1 yw 8.8, 10.9, a 12.9, sy'n gyfeiriadau pwysig iawn ar gyfer cynhyrchu a derbyn bolltau cryfder uchel.
ASTM A490
Yn berthnasol i bolltau strwythurol dur aloi, fel arfer mae angen y cryfder tynnol lleiaf i gyrraedd 150ksi (tua 1034MPa).
Defnyddir y math hwn o bollt yn aml mewn cysylltiadau strwythur dur sydd angen cryfder uchel, megis pontydd, adeiladau uchel, a pheiriannau mawr.
ASTM A354
Mae'r safon hon yn ei gwneud yn ofynnol i bolltau feddu ar briodweddau mecanyddol rhagorol i'w defnyddio mewn amgylcheddau garw.
Fe'i defnyddir yn aml mewn prosiectau lle mae ffactorau diogelwch a gwydnwch yn hollbwysig, megis peiriannau trwm a rhai offer arbennig.
Mae'r safonau hyn yn cyflwyno gofynion technegol manwl ar gyfer gradd deunydd, priodweddau mecanyddol, triniaeth wres, ac ati. O'u cymharu â bolltau cyffredin gradd 4.6, gradd 8.8 neu radd 10.9, mae gan bolltau cryfder uchel raddau cryfder uwch (fel gradd 12.9) a gofynion llymach ar gyfer rheoli prosesau a dewis deunyddiau i fodloni gofynion llwythi uchel a ffactorau diogelwch uchel.
1.2 Gofynion perfformiad bolltau cryfder uchel
Mae "cryfder uchel" bolltau cryfder uchel nid yn unig yn cael ei adlewyrchu mewn cryfder tynnol, ond hefyd yn y gofynion cynhwysfawr o gryfder cynnyrch, elongation, caledwch effaith a dangosyddion eraill. Yn gyffredinol, ymhlith y graddau bollt cryfder uchel cyffredin yn yr Unol Daleithiau, gall cryfder tynnol lleiaf y bolltau gyrraedd mwy na 1000MPa, a gall rhai bolltau dur aloi hyd yn oed gyrraedd yr ystod o 1200 ~ 1400MPa. Yn ogystal, er mwyn sicrhau cysylltiad dibynadwy mewn amgylcheddau gwaith amrywiol, dylai bolltau cryfder uchel hefyd fod â'r nodweddion perfformiad canlynol:
Gwydnwch a hydwythedd
Mewn amgylcheddau eithafol neu o dan lwythi deinamig ac effaith, mae caledwch a hydwythedd deunyddiau yn aml yn bwysicach na chryfder. Yn enwedig ar gyfer bolltau y mae angen iddynt weithio mewn amgylcheddau tymheredd isel (fel - 20 gradd neu -40 gradd), yn gyffredinol mae'n ofynnol cynnal gwerth effaith Charpy bolltau cryfder uchel ar y tymheredd cyfatebol o leiaf 27J ~ 40J i atal torri asgwrn brau; ym maes pŵer gwynt pegynol neu ar y môr, gellir cynyddu gofynion y prawf ymhellach i -50 gradd neu is.
Yn ogystal, ar gyfer bolltau gradd 10.9 neu 12.9 cyffredin, fel arfer mae'n ofynnol i'r elongation (A5) gyrraedd 8% ~ 14%, a dylai'r gostyngiad trawsdoriadol (Z) fel arfer fod yn uwch na 40% ~ 50% i sicrhau digon o gapasiti dadffurfiad plastig ac ymyl diogelwch. Yn fyr, er mwyn cynnal dibynadwyedd am amser hir o dan amodau llym, nid yw'n ddigon canolbwyntio ar gryfder uchel yn unig, mae caledwch a hydwythedd yr un mor bwysig.
Bywyd blinder
Mewn amgylchedd gyda dirgryniad aml neu lwythi bob yn ail, mae bolltau ag ymwrthedd blinder annigonol yn dueddol o graciau blinder wrth wraidd yr edau neu grynodiad straen, gan arwain yn y pen draw at dorri asgwrn.
Gwrthsefyll cyrydiad
Ar gyfer bolltau cryfder uchel a ddefnyddir mewn peirianneg forol, offer petrocemegol neu amgylcheddau llaith, mae angen trin wynebau neu ychwanegu elfennau aloi arbennig fel cromiwm (Cr) a nicel (Ni) i wella ymwrthedd cyrydiad.
1.3 Cymhwyso bolltau cryfder uchel
Mae gan bolltau cryfder uchel nodweddion gallu cario llwyth uchel, gwydnwch da a bywyd gwasanaeth hir.
Fe'u defnyddir yn aml ar yr achlysuron canlynol:
- Strwythurau dur mawr: megis pontydd, ffatrïoedd trwm, tyrau tyrbinau gwynt a fframiau adeiladau uchel
- Diwydiannau modurol ac awyrofod: cysylltiadau allweddol peiriannau, siasi a chydrannau strwythurol awyrennau
- Diwydiannau petrolewm, petrocemegol, pŵer: llestri gwasgedd, cysylltiadau fflans piblinell, falfiau, offer pŵer niwclear
- Offer a pheiriannau trwm: peiriannau mwyngloddio, offer milwrol, adeiladu llongau a chydrannau-llwyth uchel eraill
Mae'n werth nodi nad yw "cryfder uchel" yn golygu mynd ar drywydd y cryfder uchaf. Os yw'r prosiect yn gweithredu mewn amgylchedd tymheredd isel iawn, yn ogystal â chryfder, rhaid ystyried caledwch effaith a chyfansoddiad deunydd y bolltau yn ofalus. Os yw'r prosiect yn agored i dymheredd uchel a chyfryngau cyrydol, dylid dewis duroedd aloi gyda gwrthiant tymheredd uchel cyfatebol neu ymwrthedd cyrydiad. Felly, yn y cam dethol a chaffael bollt, rhaid gwerthuso amodau gwaith a gofynion perfformiad mecanyddol y cynnyrch yn gynhwysfawr, ac ni ellir mynd ar drywydd "cryfder uchaf" yn ddall.
2. Deunyddiau bollt cryfder uchel
Ansawdd y deunyddiau crai yw'r sail ar gyfer pennu ansawdd a pherfformiad bolltau. Mae bolltau cryfder uchel fel arfer yn defnyddio duroedd strwythurol aloi fel 42CrMo, B7, a 40CrNiMo. Mae gan y deunyddiau hyn briodweddau mecanyddol rhagorol o dan dymheredd uchel, llwyth uchel neu lwyth effaith, a gallant hefyd fodloni gofynion caledwch tymheredd isel neu ymwrthedd cyrydiad i raddau amrywiol.
2.1 Graddau dur cyffredin ar gyfer bolltau cryfder uchel
Mae'r canlynol yn nifer o raddau dur nodweddiadol a'u henwau rhyngwladol / UDA cyfatebol:
42CrMo (gradd dur aloi cyffredin rhyngwladol, sy'n cyfateb i gyfansoddiad ASTM B7 yr UD):
Mae ganddo gryfder a chaledwch uchel, gyda chryfder tynnol o 1100-1300MPa neu uwch yn gyffredinol, sy'n addas ar gyfer gweithgynhyrchu bolltau gradd 10.9 neu 12.9.
B7 (gradd dur aloi ASTM A193 yr Unol Daleithiau):
Mae cyfansoddiad B7 yn debyg i 42CrMo, ond mae'r cynnwys molybdenwm (Mo) yn cael ei reoli'n fwy manwl gywir. Defnyddir B7 yn bennaf mewn amgylcheddau tymheredd uchel a gwasgedd uchel, yn enwedig ar gyfer cysylltiadau fflans o offer petrocemegol.
40CrNiMo (a ddefnyddir yn gyffredin yn safonau ASTM A320 L7, ac ati):
Mae'r dur hwn yn dangos gwell gwydnwch effaith tymheredd isel trwy ychwanegu amrywiaeth o elfennau aloi, a gall weithredu ar dymheredd o - 40 gradd neu hyd yn oed yn is. Fe'i defnyddir yn ehangach mewn meysydd sydd angen ymwrthedd effaith tymheredd isel, megis pŵer gwynt a pheirianneg forol.
2.2 Gwahaniaethau perfformiad rhwng gwahanol raddau dur a'u hachosion
Cymerwch 42CrMo a B7 fel enghreifftiau. Mae'r ddau yn ddur carbon canolig wedi'i ddiffodd a'i dymheru (mae'r cynnwys carbon yn gyffredinol yn 0.38% ~ 0.45%), ac mae'r ddau yn cynnwys rhywfaint o gromiwm (Cr) a molybdenwm (Mo), gydag ystod cyfansoddiad cyffredinol tebyg. Fodd bynnag, trwy reolaeth fanwl gywir ar elfennau hybrin, yn enwedig y gwahaniaeth mewn cynnwys molybdenwm (Mo) a manganîs (Mn), gall y deunyddiau ddangos gwahaniaethau perfformiad sylweddol. Er enghraifft:
Cynnwys molybdenwm: Os yw cynnwys molybdenwm B7 yn cael ei reoli'n llym rhwng 0.18 a 0.20%, tra bod y cynnwys molybdenwm o 42CrMo ar y pen isaf (0.15 ~ 0.17%), mae gan B7 fanteision caledwch ac unffurfiaeth strwythurol, ac felly mae'n perfformio'n well mewn profion caledwch effaith (fel lleihau adran).
Cynnwys manganîs: Gall manganîs wella cryfder a chaledwch o fewn ystod benodol, ond mae manganîs gormodol yn cynyddu'r risg o frau tymer. O'i gyfuno ag elfennau eraill fel molybdenwm, gellir lleddfu'r "diffygion" a achosir gan fanganîs yn rhannol, a thrwy hynny gynnal caledwch da wrth sicrhau cryfder.
2.3 Effaith pob elfen ar briodweddau dur (bwrdd)
Isod mae tabl wedi'i symleiddio sy'n dangos effaith elfennau aloi cyffredin ar briodweddau cyffredinol dur:
| Elfen | Prif Rôl | Effaith ar-Perfformiad Bollt Cryfder Uchel |
| C (Carbon) | Yn cynyddu cryfder, caledwch, yn lleihau plastigrwydd a chaledwch | Mae cynnwys carbon gormodol yn cynyddu brau, tra bod cynnwys carbon cymedrol yn helpu i gyflawni'r lefelau cryfder dymunol |
| Cr (Cromiwm) | Yn gwella ymwrthedd gwisgo, ymwrthedd cyrydiad, a chaledwch | Mae cynnwys cromiwm uwch yn gwella sefydlogrwydd bolltau mewn-amgylcheddau tymheredd uchel a chyrydol |
| Mo (Molybdenwm) | Yn gwella caledwch, gwrth{0}}bruwch tymheredd, a-cryfder tymheredd uchel | Mae'n helpu i fireinio grawn ac yn gwella -caernid effaith tymheredd isel a gwrthsefyll traul, sy'n hanfodol mewn dur B7 |
| Mn (Manganîs) | Yn gwella caledwch, cryfder, a gwrthsefyll gwisgo; gall cynnwys gormodol arwain at dyfiant grawn a brau tymer | Mae angen ei gydbwyso ag elfennau eraill i wella priodweddau mecanyddol tra'n osgoi mwy o frau |
| Ni (nicel) | Yn gwella -gwydnwch tymheredd isel a gwrthiant cyrydiad, yn cynyddu cryfder | Yn arbennig o fuddiol mewn-amgylcheddau tymheredd isel fel ynni gwynt a pheirianneg forol, gan wella gwydnwch effaith |
| V (Fanadiwm) | Yn mireinio strwythur grawn, yn cynyddu cryfder a chaledwch | Pan gaiff ei ddefnyddio mewn symiau priodol, gall wella bywyd blinder, gall defnydd gormodol wneud prosesu yn fwy anodd |
I grynhoi, rhaid integreiddio'r dewis deunydd o bolltau cryfder uchel yn agos ag amgylchedd y cais. Pan fydd angen caledwch uchel a hydwythedd uchel, dylid cynyddu cynnwys elfennau fel molybdenwm a nicel, a dylid rheoli cynnwys amhureddau fel sylffwr a ffosfforws yn llym. Ar gyfer amgylcheddau cais safonol sydd ond yn canolbwyntio ar gryfder uchel heb ystyried caledwch, gall dur fel 42CrMo fodloni'r gofynion. Fodd bynnag, er mwyn ystyried cryfder uchel a gwrthiant effaith tymheredd isel, dylid rhoi blaenoriaeth i ddeunyddiau megis systemau aloi aml-elfen 40CrNiMo neu CrNiMo.
3. Trin bolltau cryfder uchel â gwres
Mae triniaeth wres yn gam allweddol sy'n effeithio ar berfformiad bolltau. Trwy wresogi, cadw gwres ac oeri, gellir newid microstrwythur mewnol y deunydd, a gellir gwella cryfder, hydwythedd a chadernid effaith ymhellach. Mewn cynhyrchu gwirioneddol, mae bolltau cryfder uchel fel arfer yn cael eu "dymheru" (quenching + tempering) a thriniaethau eraill (er enghraifft, tymheru dadhydrogeniad neu driniaeth arwyneb) yn ôl yr angen.
3.1 Proses trin â gwres o-gryfder uchel
Yn gyffredinol, mae proses trin gwres bolltau cryfder uchel dur strwythurol aloi fel a ganlyn:
Cynhesu: Cynheswch y bolltau i tua 600-700 gradd i ryddhau straen mewnol a lleihau'r risg o gracio oherwydd graddiant tymheredd gormodol.
Austenitization: Cadwch y bolltau ar 900 gradd neu uwch i drawsnewid y craidd a'r wyneb yn austenit yn llwyr a diddymu'r elfennau aloi i'r matrics.
Torri: Oerwch y bolltau'n gyflym i dymheredd ystafell neu'n is (gan ddefnyddio diffodd olew neu oeri dŵr polymer fel arfer) i drawsnewid y microstrwythur yn martensite yn bennaf, gan wella caledwch a chryfder tynnol yn sylweddol.
Tymheru: Tymheru'r bolltau ar dymheredd uchel priodol (ee . 500-650 gradd ) i drawsnewid y caledwch gormodol yn raddol yn strwythur tymherus mwy hydwyth i atal torri esgyrn brau wrth ei ddefnyddio.
3.2 quenching broses
Mae rhan graidd diffodd yn cynnwys austenitization ac oeri cyflym. Mae angen o leiaf 90% o'r craidd ar bolltau cryfder uchel i'w trawsnewid yn martensite i fodloni'r safonau cryfder a chaledwch gofynnol. Mewn cynhyrchiad gwirioneddol, rhaid rheoli'r amser gwresogi a dal yn ôl diamedr effeithiol y bollt, cyfansoddiad y deunydd ac unffurfiaeth tymheredd y ffwrnais. Os yw'r amser gwresogi yn annigonol neu os yw'r gyfradd oeri yn rhy araf, gall y craidd gadw pearlite neu strwythurau cryfder isel eraill, gan arwain at briodweddau mecanyddol gwael.
3.3 Proses dymheru
Ar gyfer bolltau cryfder uchel, mae tymheredd uchel iawn (fel arfer rhwng 500-650 gradd ) yn arbennig o bwysig. Mae prif swyddogaethau tymheru yn cynnwys:
Lleddfu straen thermol: Yn ystod y broses oeri cyflym o ddiffodd, bydd y graddiant tymheredd mawr y tu mewn i'r bollt yn achosi straen mewnol uwch. Os na pherfformir tymheru, gall craciau ddigwydd yn ystod defnydd dilynol.
Sefydlogi'r strwythur a'r maint: Mae tymheru yn trawsnewid ychydig bach o austenite gweddilliol yn martensite, yn ailddosbarthu'r gwaddod carbid y tu mewn i'r martensit yn fwy cyfartal, gan wella caledwch a sefydlogi'r maint.
Lleihau brau: Mae martensite mewn cyflwr cryfder uchel fel arfer yn frau; gall tymheru ffurfio troostit tymherus neu droostit tymherus, sy'n darparu gwell gwydnwch a hydwythedd.
3.4 Ystyriaethau Triniaeth Wres
Unffurfiaeth tymheredd ffwrnais: P'un a ydych chi'n defnyddio ffwrnais bocs neu ffwrnais amlbwrpas, rhaid i dymheredd yr holl barthau gwresogi fod yn unffurf i sicrhau trawsnewid microstrwythurol cyson trwy'r bollt.
Rheoli potensial carbon: Ar gyfer deunyddiau sydd angen carburization neu gadw carbon, mae rheoli potensial carbon a darlleniadau chwiliwr ocsigen yn hanfodol i atal datgarbwreiddio neu garbon gormodol.
Dosbarthiad caledwch wyneb a chraidd: Ar gyfer bolltau mawr, dylid rhoi sylw arbennig i'r gwahaniaeth mewn cyfraddau oeri rhwng y craidd a'r wyneb. Gall oeri craidd annigonol arwain at strwythur pearlite neu bainite, sy'n effeithio ar y cryfder cyffredinol.
Osgoi embrittlement hydrogen: Yn ystod piclo, electroplatio neu ffosffatio, gall atomau hydrogen dreiddio i'r metel ac achosi embrittlement hydrogen. Er mwyn mynd i'r afael â'r broblem hon, mae tymeru dehydrogenation ar 190-230 gradd fel arfer yn cael ei berfformio ar ôl triniaeth arwyneb.
Os ydych chi eisiau dysgu mwy am driniaeth wres, gallwch wylio'r fideo ar y Sianel Data Metelegol.
4. Archwilio ansawdd a chaffael bolltau cryfder uchel
4.1 Prawf perfformiad
Eitemau archwilio cyffredin ar gyfer bolltau cryfder uchel yw:
Prawf tynnol: mesur cryfder tynnol, cryfder cnwd, elongation, gostyngiad traws-adrannol (gwerth Z) a dangosyddion eraill i wirio cydymffurfiaeth â safonau ASTM A490, A354 a safonau eraill.
Prawf caledwch: Fel arfer defnyddir caledwch Rockwell (HRC) neu galedwch Brinell (HB) i werthuso ansawdd triniaeth wres yn gyflym.
Prawf effaith: Ar gyfer bolltau sydd angen caledwch effaith tymheredd isel, fel bolltau a ddefnyddir mewn ynni gwynt, peirianneg forol neu ardaloedd oer uchel, mae angen profion effaith Charpy ar -20 gradd, -40 gradd neu dymheredd is hyd yn oed i sicrhau nad yw'r bolltau'n torri asgwrn yn frau mewn amgylcheddau oer.
Dadansoddiad metallograffig: arsylwi ar ficrostrwythur trawsdoriad y bollt (gwirio martensite, bainite, ferrite, garwedd grawn, ac ati) i werthuso ansawdd triniaeth wres ac unffurfiaeth materol.
Canfod diffygion arwyneb: gwiriwch am graciau, plygiadau, datgarburiad wyneb neu ddiffygion eraill yn yr edau, pen neu wialen.
Os ydych chi eisiau dysgu mwy am arolygu ansawdd sgriw, gallwch ddarllen yr erthygl "Canllaw i'r Broses Gyfan o Arolygu Ansawdd Sgriw".
4.2 Safoni ac Ardystio
Mae ardystiadau neu safonau rhyngwladol yn helpu prynwyr i werthuso dibynadwyedd a chydymffurfiaeth cynhyrchion yn gyflym. Mae ardystiadau a safonau cyffredin yn cynnwys:
ISO 898-1 (Priodweddau Mecanyddol Bolltau)
ISO 6157 (Gofynion ar gyfer Archwilio Diffygion Wyneb Caewyr)
Safonau penodol ar gyfer gwahanol amgylcheddau cais megis ASTM A193 / A320 / A354 / A490
Ardystiad System Ansawdd ISO 9001
Fel arfer mae gan weithgynhyrchwyr sydd â'r ardystiadau hyn a systemau profi cyflawn systemau rheoli cynhyrchu a rheoli ansawdd aeddfed i sicrhau cysondeb yn y cyflenwad swp.
4.3 Argymhellion Caffael ar gyfer Bolltau Cryfder Uchel
Clirio'r amgylchedd defnydd a gofynion: Egluro'r amgylchedd defnydd (amrediad tymheredd, amgylchedd cyrydol, amodau llwyth effaith) cyn prynu, a rhoi blaenoriaeth i ddangosyddion perfformiad (megis cryfder tynnol, caledwch effaith).
Dewiswch wneuthurwr dibynadwy: Mae angen deunyddiau, offer a phrosesau o ansawdd uchel i gynhyrchu bolltau cryfder uchel. Argymhellir dewis gwneuthurwr gyda llinellau cynhyrchu cyflawn, rheolaeth ansawdd llym a thechnoleg broffesiynol i leihau'r risg o gamau gosod a chynnal a chadw diweddarach.
Adolygu adroddiadau prosesau trin deunyddiau a gwres: Cadarnhau gyda chyflenwyr y brand deunydd crai, adroddiad arolygu cyfansoddiad deunydd, dull triniaeth wres (tymheredd tymheru, cyfrwng diffodd, ac ati), ac adroddiad prawf perfformiad i sicrhau cysondeb cynhyrchion swp.
Profi a samplu: Ar gyfer prosiectau â llwythi critigol neu risgiau posibl uchel, ystyriwch gynnal swp-brofion bach neu arolygiadau ar hap cyn-caffael ar raddfa fawr i leihau risgiau posibl.
Gofynion addasu: Os oes angen bolltau neu bolltau cryfder uchel arbennig a ddefnyddir mewn amgylcheddau penodol (fel effaith tymheredd isel o dan -40 gradd, tymheredd uchel neu amgylchedd cyrydiad uchel), gallwch gyfathrebu â'r gwneuthurwr i addasu'r cyfansoddiad aloi neu'r cynllun triniaeth wres i fodloni'r gofynion gwirioneddol.