表面处理对高强度紧固件机械性能的影响

认为紧固件的机械性能与生产紧固件的材料、冷成型加工的参数设定和成型方式、热处理工艺控制及参数选定有关，而表面处理对紧固件的机械性能的影响不大，只是解决紧固件的外观或抗腐性能，延长紧固件使用寿命。而实际情况并非如此，这是对标准理解有偏差，如果采用表面处理的方法不合适或操作不符合工艺参数要求，将直接影响到紧固件的机械性能，绝非局限于表面抗腐性能或外观。下面就谈谈高强度紧固件表面处理对机械性能的影响。　　

一、氧化处理对高强度紧固件性能的影响

1、问题描述　　

公司生产了一种材料为ML40Cr、规格为M22×1.5×120-6g、强度等级为10.9级的螺栓，表面为氧化处理，成品发往用户。用户在装配过程中，按照设定的预紧力要求的数值施拧，结果在施拧过程中出现了拧不禁因而达不到预紧力要求的数值的情况。

2、产生的原因及防止措施　　

在施工现场经过对产品反复的检查试验，排除了螺栓、螺母、垫圈表面由于存在沟、麻点、油污等造成产品拧不紧的情况。经过与表面磷化处理的同类产品分析与对比发现，该批产品拧不紧达不到预紧力数值的问题，就出在表面处理的方式及工艺上。由于氧化层过厚而引起紧固件拧不紧，因而使达不到预紧力数值要求的现象发生。　　

产品在碱性氧化处理过程中，溶液中的氧化剂浓度越高，生成氧化膜的速度也越快，而且膜层致密、牢固。如果处理溶液中碱的浓度增加，获得氧化膜的厚度就增大。反之碱的含量过低，则氧化膜薄脆弱。处理溶液的温度适当升高，可以提高氧化膜致密度。　　

氧化处理时间主要根据工件的含碳量和工件氧化要求来调整。工件含碳量越高，就越容易氧化，氧化时间就越短。调整时间的长短和氧化液的浓度高低直接影响工件机械性能。　　

带有残余应力的10.9级以上高强度紧固件在溶液中进行化学氧化易引起“碱脆”，致使紧固件产品机械性能得不到正常发挥。因此，要注意产品碱性氧化处理时应解决“碱脆”问题。

3、结论　　

紧固件表面处理的方式，与表面处理的工艺过程有直接的关系，应当严格按工艺文件规定的要求执行，10.9级以上高度紧固件，应慎用碱性氧化处理工艺。

二、电镀处理对高强度紧固件性能的影响　　

1、问题描述　　

2009年10月，公司生产了一种性能等级为10级、螺母体与垫圈铆接在一起的组合螺母，表面处理为镀锌。该垫圈在用户装配时出现断裂。

2、产生的原因及防治措施　　

在现场，对垫圈材料、规格、尺寸及热处理金相***观察，并仔细研究分析均未发现异常。究其原因是因为产品在进行电镀表面处理时消除氢脆不彻底造成的。　　

紧固件电镀时在阴极电解除油、镀前酸洗及电镀过程中所产生的原子态氢很容易被基体金属吸附，并进入金属内部，因此而形成氢脆隐患。当氢原子进入钢基体后，在应力作用下，会引起韧性和承载力的降低，使产品发生断裂或者突然脆性失效。这就是由氢脆引起的延迟脆性失效或氢应力断裂。有这种现象的产品，通过常规拉力试验检查不出其韧性的降低。为了减少紧固件电镀后的氢脆敏***，凡抗拉强度≥1050MPa的钢制紧固件，镀前准备应避免在碱性或酸性溶液中做阴极处理，镀覆后都应尽快按规定的工艺要求进行消除氢脆处理。

3、结论　　

高强度紧固件在选择电镀表面处理时，应在技术文件中规定并注明及时进行消除氢脆处理。当消除氢脆处理不彻底或与热处理回火脆性重叠时，易致使高强度紧固件功能丧失，后果非常严重。