陈刚
天津瑞源电气有限公司 天津市 300000
摘要：紧固件热处理工艺是提高紧固件使用性能、消除材料内应力的重要工艺，基于此，文章对紧固件材料热处理后的组织分析进行了论述。
关键词：紧固件；热处理；显微组织
随着现代工业的发展，钛合金紧固件的应用越来越多。钛合金紧固件可达到减轻重量和耐腐蚀的目的，是钛合金、碳纤维复合材料等结构件必须选用的连接件。采用热处理加工的紧固件能达到设计所需强度、塑性等综合力学性能以及一定的使用性能。由此可见，热处理工艺在紧固件中起着重要的作用。
一、热处理概述
热处理是将材料在固态下加热、保温、冷却，获得预期组织及性能的一种金属热加工工艺。金属热处理工艺可分为：整体热处理、表面热处理、化学热处理。根据加热介质、加热温度、冷却方式的不同，每一类可分为几种不同的热处理工艺。同一种金属在不同的热处理工艺下可获得不同的组织，因而具有不同性能。
二、紧固件热处理控制方法
1、企业与国内外优秀高校及科研院所合作，研究高强度紧固件与热处理工艺中的复杂现象及变化规律，并针对现有紧固件热处理工艺存在的问题提出相应的解决方案。
2、建立严格的管理制度，无论是工艺管理还是设备检验管理，都要对操作方法和参数、检验方法等进行严格规范，以保证操作的正确性及安全性。
3、、运用统计、计算机技术确定相关参数，并根据相关参数模拟推算每步骤对产品质量的影响及工艺过程失效的原因，并对其进行筛选规划，最后加以改进。
三、紧固件热处理技术的发展未来
1、紧固件热处理设备应节能减排。当前，社会各界都在倡导节能减排，为了倡导环保与节能减排，我国提出了降低能耗的硬指标，这就要求企业根据国家及社会要求进行技术升级和设备更新。
在设备方面，当前许多企业已将传统的网带炉、井式炉改为能控制气氛的网带炉、密闭箱式多用炉。密闭箱式多用炉的工作温度可达1100摄氏度，具有节能、清洁简单、维护费用低等特点，适合中小企业更新替代旧设备及工厂节能转型时使用。在热处理淬火阶段，需使用盐浴炉，但其在使用中会对周围环境造成一定危害，所以目前很多专业人士反对使用盐浴炉。
在能源方面，一些企业也用燃气代替电力。由于燃气辐射管热网带式炉的能源利用率可高达65%甚至更高，因而具有较高的加热效率，受众多燃气资源丰富企业的青睐。虽然电力加热的效率与燃气相比并不高，最多只有40%左右，但电力加热当前在保温区及燃气资源相对稀缺的地区仍具有很大的优势，因此可因地制宜地将两种能源模式混合使用，以此实现资源的最大化利用。
2、应用新型节能材料。在材料方面，应尽量选择新型节能材料。例如在选择炉衬材料时，可选择陶瓷纤维材料或含硫酸钙的炉内涂料，这些涂料能大幅减少热损失，可节省15%左右的能源消耗。此外，还可借鉴国外技术与行业经验，充分利用各种精密仪器设备提高紧固件热处理工艺技术水平，从而降低工业能耗。
3、建立紧固件热处理数据库。为了降低生产成本提高企业的竞争力及技术优势，可对紧固件热处理过程中的数据进行收集和比较并建立数据库，这样能通过算法和比较等大幅减少设备、成本、人员等多方面问题。
四、实验
1、实验材料。选用0级海绵钛和适配的中间合金，经搅拌器搅拌均匀后压制成电极，然后经真空电弧炉熔炼三次，产出锭型为Ф640mm、重约1600kg的铸锭。用金相法测定铸锭相变点，实测相变点为Tm:1020～1025℃，有利于TC25锻造。根据TC25钛合金特点，在1600t快锻机上通过反复镦拔锻造方式，控制各炉次的变形量及镦粗锻比，使组织细化均匀之后再结合拔长的锻造方式，完成Φ230mm棒材锻造工艺，并用车床扒皮完成Φ220mm成品光棒。棒材探伤可达Φ3.2mm-(12～16)dB。
2、实验方法。在成品棒材分别切取25mm与75mm长的一段为试验材料，然后进行两种热处理试验：一是从25mm长的试样中取金相试样及拉伸试样坯，对试样坯进行热处理，再对热处理后试样坯进行金相与拉伸试验。二是先对长度为75mm的试样进行热处理，再切取金相、拉伸试样，最后对切取试样进行金相和拉伸试验。两种热处理方式的热处理制度为960℃/2h，空冷+550℃/6h，空冷。
试验内容为显微组织试验、室温拉伸试验、500℃与550℃高温拉伸。
五、结果与分析
1、棒材显微组织。两种热处理后的组织均为初生α相及条状β相变组织的双态组织，如图1所示。双态结构中最重要的参数是β晶粒的大小及初生α相的含量。事实上，初生α相限制了β晶粒的生长，初生α相间的间隙决定了β晶粒的大小。
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由图1可知，TC25钛合金棒材经两种热处理后的双态组织有很大不同。试样坯热处理后，初生α相呈短棒状，条状β相变组织短而细，部分球化。其原因是试样坯热处理时，受热体小，获得的单位体积能量大，从结构中获得的能量大，主要是由于热处理过程中，初生α相长大，呈短棒状，致使初生α相间距变小。因α相间距小，β相变组织的生长受到限制，因而条状β相变组织短而细。整体热处理后，初生α相呈椭球状，条状β转变组织呈长而粗。这是因整体热处理时，受热体大，在相同的温度及时间工况下，获得的单位体积能量小，组织获得的能量小，初生α相尺寸变化不大，保持了原有的椭球状结构。初生α相间距大，条状β相变结构有空隙与能量使其长大，故粗且长。
2、棒材的力学性能。两种热处理方法后，棒材的拉伸性能见表1。由表1可知，两种热处理方法的室温、高温拉伸性能均符合标准要求，冗余度大。热处理后试样坯的强度远高于整体热处理强度，塑性也低于整体热处理塑性，但其数值偏差较小。
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本研究中，两种热处理后的棒材均为双态组织，因而其综合性能较好。有实验结果表明，显微组织类型对BT25Y钛合金的室温和高温拉伸强度影响不大，硅化物对BT25Y钛合金的强度影响较大。TC25钛合金与BT25Y相同，但钼和铬的含量不同。由此推断，硅化物及组织形貌对室温和高温拉伸强度均有影响。
六、结论
1、TC25钛合金棒材经两种热处理后的组织均为双态组织。热处理后，试样坯的初生α相为短棒状，条状β相变组织细而短。整体热处理后，初生α相为椭球状，条状β相变组织粗而长。
2、两种热处理方法下棒材室温和高温拉伸性能均符合要求，且余量较大。
3、在相同热处理条件下，试样坯热处理强度高于整体热处理强度。
参考文献：
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[2]杨亚飞.浅谈紧固件热处理的质量管理[J].现代制造技术与装备，2018(02).
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