1. Die Wirkung des Wärmebehandlungsprozesses auf die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Schrauben

Lange Zeit Automobil Verschlusss wurden von den grundlegenden Eigenschaften einer breiten Palette von Sorten, Typen und Spezifikationen dominiert. Seine Auswahl und Anwendung umfassen Strukturanalyse, Verbindungsdesign, Fehler- und Ermüdungsanalyse, Korrosionsanforderungen und Montagemethoden und ähnliche Faktoren. Diese Faktoren bestimmen in hohem Maße die endgültige Qualität und Zuverlässigkeit von Automobilprodukten.

Die Ermüdungslebensdauer von hochfesten Schrauben im Automobilbereich war schon immer ein wichtiges Thema. Die Daten zeigen, dass der Großteil des Versagens von Schrauben durch Ermüdungsbruch verursacht wird und es fast keine Anzeichen für einen Ermüdungsbruch der Schraube gibt. Daher kommt es wahrscheinlich zu schweren Unfällen, wenn ein Ermüdungsversagen auftritt. Die Wärmebehandlung kann die Eigenschaften von Befestigungsmaterialien optimieren und deren Dauerfestigkeit erhöhen. Angesichts der steigenden Einsatzanforderungen hochfester Schrauben ist es wichtiger, die Dauerfestigkeit von Schraubenwerkstoffen durch Wärmebehandlung zu verbessern.

1. Entstehung von Ermüdungsrissen in Werkstoffen

Der Ort, an dem der Ermüdungsriss zuerst beginnt, wird Ermüdungsquelle genannt. Die Ermüdungsquelle ist sehr empfindlich gegenüber der Mikrostruktur des Bolzens und kann Ermüdungsrisse in sehr kleinem Maßstab auslösen, im Allgemeinen innerhalb von 3 bis 5 Korngrößen. Die Oberflächenqualität der Schraube ist das Hauptproblem. Die Ursache der Ermüdung, der größte Teil der Ermüdung beginnt an der Schraubenoberfläche oder dem Untergrund. Eine große Anzahl von Versetzungen, einige Legierungselemente oder Verunreinigungen im Kristall des Schraubenmaterials und der Unterschied in der Korngrenzenfestigkeit können alle zur Entstehung von Ermüdungsrissen führen. Studien haben gezeigt, dass an folgenden Stellen Ermüdungsrisse anfällig sind: Korngrenzen, Oberflächeneinschlüsse oder Partikel der zweiten Phase und Hohlräume. Diese Stellen hängen alle mit der komplexen und veränderlichen Mikrostruktur des Materials zusammen. Wenn die Mikrostruktur nach der Wärmebehandlung verbessert werden kann, kann die Ermüdungsfestigkeit des Schraubenmaterials bis zu einem gewissen Grad verbessert werden.

2. Der Einfluss der Entkohlung auf die Dauerfestigkeit

Die Entkohlung der Schraubenoberfläche verringert die Oberflächenhärte und die Verschleißfestigkeit der Schraube nach dem Abschrecken und verringert die Ermüdungsfestigkeit der Schraube erheblich. Es gibt einen Entkohlungstest für die Schraubenleistung im GB/T3098.1-Standard, und die maximale Entkohlungstiefe ist angegeben. Bei der Analyse der Gründe für das Versagen der 35CrMo-Nabenschrauben wurde festgestellt, dass sich an der Verbindungsstelle von Gewinde und Stange eine entkohlte Schicht befand. Fe3C kann bei hohen Temperaturen mit O2, H2O und H2 reagieren, um Fe3C im Schraubenmaterial zu reduzieren, wodurch die Ferritphase des Schraubenmaterials erhöht, die Festigkeit des Schraubenmaterials verringert und leicht Mikrorisse verursacht werden. Beim Wärmebehandlungsprozess muss die Heiztemperatur gut kontrolliert werden und gleichzeitig muss die steuerbare Atmosphärenschutzheizung verwendet werden, um dieses Problem zu lösen.

3. Die Wirkung der Wärmebehandlung auf die Dauerfestigkeit

Die Spannungskonzentration auf der Oberfläche der Schraube verringert ihre Oberflächenfestigkeit. Bei dynamischen Wechselbelastungen findet der Prozess der Mikroverformung und Erholung im Spannungskonzentrationsteil der Kerbe weiterhin statt, und die Spannung, die sie erhält, ist viel größer als die des Teils ohne Spannungskonzentration, so dass es leicht zu führen zu die Entstehung von Ermüdungsrissen.

Befestigungselemente werden wärmebehandelt und angelassen, um die Mikrostruktur zu verbessern, und haben ausgezeichnete umfassende mechanische Eigenschaften, die die Ermüdungsfestigkeit des Schraubenmaterials verbessern, die Korngröße angemessen steuern können, um die Schlagenergie bei niedriger Temperatur zu gewährleisten und auch eine höhere Schlagzähigkeit zu erzielen. Eine angemessene Wärmebehandlung zur Verfeinerung der Körner und zur Verkürzung des Abstands zwischen den Korngrenzen kann Ermüdungsrisse verhindern. Wenn das Material eine gewisse Menge an Whiskern oder zweiten Partikeln enthält, können diese hinzugefügten Phasen ein Verrutschen des Bewohners bis zu einem gewissen Grad verhindern. Der Schlupf des Riemens verhindert die Entstehung und Ausdehnung von Mikrorissen.

2. Abschreckmedium und Prozessmedium für die Wärmebehandlung

Hochfeste Verbindungselemente für die Automobilindustrie haben eine Reihe von technischen Merkmalen: hochpräzise Qualität; schwere Betriebsbedingungen, es wird das ganze Jahr zusammen mit dem Wirt dem Einfluss von starker Kälte und extremen Temperaturunterschieden standhalten und der Erosion von hohen und niedrigen Temperaturen standhalten; statische Belastung, dynamische Belastung, Überlast, schwere Belastung und Umweltmedienkorrosion, wird neben der Wirkung der axialen Vorspannzugbelastung auch zusätzlichen Zugwechselbelastungen, Querschubwechselbelastungen oder kombinierten Biegebelastungen während der Arbeit ausgesetzt Manchmal ist es auch Stoßbelastungen ausgesetzt; zusätzliche transversale Wechselbelastungen können zum Lösen von Schrauben führen, axiale Wechselbelastungen können zu Ermüdungsbrüchen von Schrauben führen und axiale Zugbelastungen können zu einem verzögerten Bruch der Schrauben sowie zu hohen Temperaturbedingungen führen. Kriechen von Schrauben usw.

Viele ausgefallene Schrauben deuteten darauf hin, dass sie am Übergang zwischen Schraubenkopf und Schrauben gebrochen waren Welle während des Dienstes; sie wurden entlang der Verbindungsstelle des Bolzengewindes abgezogen Welle und für Welle; und es gab Schiebeschnallen entlang des Gewindeteils. Metallographische Analyse: Es gibt mehr ungelöste Ferrite auf der Oberfläche und im Kern der Schraube, und eine unzureichende Austenitisierung beim Abschrecken, eine unzureichende Matrixfestigkeit und Spannungskonzentration sind einer der wichtigen Gründe für das Versagen. Aus diesem Grund ist es ein sehr wichtiges Glied, um die Aushärtung des Schraubenquerschnitts und die Gleichmäßigkeit des Gefüges sicherzustellen.

Die Funktion des Abschrecköls besteht darin, die Hitze der glühenden Metallbolzen schnell abzuführen und sie auf die Martensit-Umwandlungstemperatur zu reduzieren, um ein hochhartes Martensit-Gefüge und die Tiefe der gehärteten Schicht zu erhalten. Gleichzeitig muss es auch die Reduzierung der Schraubenverformung und die Vermeidung von Rissen berücksichtigen. Daher ist die grundlegende Eigenschaft von Abschrecköl die "Kühlcharakteristik", die durch eine schnellere Abkühlgeschwindigkeit in der Hochtemperaturstufe und eine langsamere Kühlgeschwindigkeit in der Niedertemperaturstufe gekennzeichnet ist. Diese Eigenschaft eignet sich sehr gut für die Abschreckanforderungen von legierten Baustählen ≥ 10.9 hochfester Schrauben.

Das schnell abschreckende Öl erzeugt während des Gebrauchs thermische Zersetzungs-, Oxidations- und Polymerisationsreaktionen, die zu Veränderungen der Kühleigenschaften führen. Die Spurenfeuchtigkeit im Öl beeinträchtigt die Kühlleistung des Öls ernsthaft, was zu einer Abnahme des Glanzes und einer ungleichmäßigen Härte der Befestigungselemente nach dem Abschrecken führt. Erzeugt weiche Stellen oder sogar Rissbildung. Studien haben gezeigt, dass die durch das Ölabschrecken verursachten Verformungsprobleme teilweise durch Wasser im Öl verursacht werden. Darüber hinaus beschleunigt der Wassergehalt im Öl auch die Emulgierung und Verschlechterung des Öls und fördert das Versagen von Additiven im Öl. Wenn der Wassergehalt im Öl größer oder gleich 0.1% ist und das Öl erhitzt wird, kann sich das Volumen des am Boden des Öltanks gesammelten Wassers plötzlich vergrößern, was dazu führen kann, dass das Öl aus dem Abschrecktank überläuft und ein Feuer.

Für das im Siebbandöfen eingesetzte Schnellabschrecköl kann anhand der im 3-Monats-Intervalltest gesammelten Abschreckkennwerte die Stabilität und Abschreckcharakteristik des Öls ermittelt und die entsprechende Standzeit der Abschreckung ermittelt werden Öl und die Leistung des Abschrecköls vorhersagen. Änderungsbezogene Probleme, wodurch Nacharbeit oder Abfallverluste aufgrund von Änderungen der Abschrecköleigenschaften reduziert werden, was es zu einem herkömmlichen Kontrollverfahren für die Produktion macht. Die Einhärtetiefe beeinflusst direkt die Qualität der Schraube nach der Wärmebehandlung. Wenn die Härtbarkeit des Materials schlecht ist, die Abkühlgeschwindigkeit des Kühlmediums gering ist und die Bolzengröße groß ist, kann der Bolzenkern während des Abschreckens nicht vollständig zu Martensit abgeschreckt werden. Die Organisation reduziert das Festigkeitsniveau des Herzbereichs, insbesondere die Streckgrenze. Dies ist offensichtlich für Bolzen, die über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verteilte Zugspannungen tragen, sehr nachteilig. Eine unzureichende Härtbarkeit verringert die Festigkeit. Die metallographische Untersuchung ergab, dass im Kern voreutektoide Ferrit- und retikulierte Ferritstrukturen vorhanden sind, was darauf hindeutet, dass die Härtbarkeit der Schrauben verstärkt werden muss. Wie wir alle wissen, gibt es zwei Möglichkeiten, die Härtbarkeit zu erhöhen, um die Abschrecktemperatur zu erhöhen; erhöhen die Härtbarkeit des Abschreckmediums, wodurch die Einhärtetiefe des Bolzens effektiv erhöht werden kann.

Houghto-Quench hat ein speziell entwickeltes Schnellabschrecköl auf Basis des ursprünglichen Mittelgeschwindigkeitsabschrecköls Houghto-Quench G entwickelt. Houghto-Quench K2000 hat seine Härtbarkeit weiter verbessert und eignet sich besonders zum Abschrecken und Kühlen von Verbindungselementen. Zufriedenstellende Härtetiefe.

Die Dampffilmphase von schnell abschreckendem Öl ist kurz, d. h. die Hochtemperaturphase des Öls kühlt schnell ab. Diese Eigenschaft trägt zu einer tieferen gehärteten Schicht bei Stahl 10B33 und 45 ≤ M20-Schrauben und M42-Muttern bei, während sie bei SWRCH35K- und 10B28-Stählen reduziert wird Nur wenn die Dicke kleiner oder gleich der von M12-Schrauben und M30-Muttern ist, kann die Härte des Kerns und der Oberflächenhärte haben einen kleinen Unterschied. Aus der Analyse der Abkühlratenverteilung hat neben der in der Mittel- und Hochtemperaturstufe erforderlichen schnellen Abkühlung die Tieftemperaturabkühlrate des Öls einen größeren Einfluss auf die Tiefe der Härteschicht. Je höher die Tieftemperatur-Abkühlgeschwindigkeit, desto tiefer die gehärtete Schicht. Dies ist sehr vorteilhaft, damit die hochfesten Verbindungselemente die Last gleichmäßig über den gesamten Abschnitt tragen, und es ist erforderlich, vor dem Anlassen im abgeschreckten Zustand etwa 90% des Martensit-Gefüges zu erhalten. Die Bewertungsindikatoren umfassen fast 20 Indikatoren wie Flammpunkt, Viskosität, Säurezahl, Oxidationsbeständigkeit, Restkohlenstoff, Asche, Schlamm, Abkühlgeschwindigkeit und Abschreckhelligkeit.

Für größere Schrauben ist PAG-Abschreckmittel die Hauptlösung, die die Abschreckanforderungen der meisten Produkte erfüllt. PAG-Abschreckmittel befindet sich im Siedestadium in der Martensit-Umwandlungszone, und die Abkühlgeschwindigkeit ist hoch und es besteht ein größeres Risiko. Es kann durch Konzentration angepasst werden. Die Abkühlgeschwindigkeit beim Schlüsselindex beträgt etwa 300 °C. Je geringer die Abkühlgeschwindigkeit an diesem Temperaturpunkt ist, desto stärker ist die Fähigkeit, Abschreckrisse zu verhindern und desto besser geeignete Stahlsorten. Die Stabilität der Konvektionskühlgeschwindigkeit während des Gebrauchs ist der wichtigste Faktor, um die Qualität des Abschreckens sicherzustellen.

In den Proben der früh versagenden Schrauben sind Rissfehler an den Gewinden der gebrochenen Schrauben in der Nähe des Bruchs zu erkennen. Der Hauptgrund ist, dass die Schrauben nicht richtig gerollt sind. Verursacht durch Falten; Auch im Gewindegrund sind unterschiedlich tiefe Mikrorisse zu erkennen, und der bei der Bearbeitung aufgebaute Tumor bildet einen Spannungskonzentrationsbereich. Die Norm GB/T5770.3-2000 „Special Requirements for Bolts, Screws and Studs with Surface Defects on Fasteners“ schreibt vor, dass die Falten, die nicht mehr als ein Viertel der Gewindeprofilhöhe über dem Teilungsdurchmesser der belasteten Schrauben liegen, erlaubt Das Falten und Aufbauen des Gewindebodens sind keine erlaubten Mängel, und das Falten ist einer der Hauptgründe für Schraubenbruch. Die Verwendung von Houghtons Hochdruckschmiermittel für die Schraubengewindebearbeitung kann Aufbauschneidenbildung effektiv verhindern und die Spannungskonzentration reduzieren, wodurch die Ermüdungslebensdauer der Schraube verbessert wird.

3. Oberflächenschutz und Technologieentwicklung von Kfz-Befestigungselementen

Befestigungselemente an Automobilen, insbesondere Befestigungsschrauben, Rohrschellen, elastische Schellen usw., befinden sich im Gebrauch in extrem rauen Umgebungen und werden normalerweise stark korrodiert und aufgrund von Rost sogar schwer zu demontieren. Daher müssen Befestigungselemente gute Korrosionsschutzeigenschaften aufweisen. Die derzeit gebräuchlichsten Verfahren sind galvanische Verzinkung, Zink-Nickel-Legierung, Phosphatierung, Schwärzung und Dacromet-Behandlung der Oberfläche. Aufgrund der Beschränkung des Gehalts an sechswertigem Chrom in der Oberflächenbeschichtung von Kfz-Befestigungselementen entspricht diese nicht den Standards der Umweltschutzrichtlinien, und es dürfen keine schadstoffhaltigen Produkte auf den Markt kommen, was einen beispiellosen Höchststand in der innovativen Fähigkeit von Kfz-Befestigungselementen Oberflächenbehandlung Standard-Umweltanforderungen.

1. Wasserbasierte Zink-Aluminium-Beschichtung Geomet

Umweltfreundliche neue Beschichtungstechnologie-Flake-Zink-Aluminium-Beschichtung Geomet, Enoufu Group hat eine komplette Technologie entwickelt, die auf mehr als 30 Jahren DACROMET Oberflächen-Rostschutztechnologie-Erfahrung und jahrelanger Forschung und Entwicklung basiert. Die neue Technologie der Chromoberflächenbehandlung --- GEOMET.

Anti-Rost-Mechanismus, die Struktur der von Gummet behandelten Folie entspricht auch der von Dacromet behandelten Folie. Die Metallbleche werden in Schichten überlappt, um einen Film zu bilden, der mit einem Kleber auf Silikonbasis kombiniert wird, um das Substrat zu bedecken.

Vorteile von Geomet: Leitfähigkeit, hochfestes Metallblech macht die Schrauben von Geomet leitfähig. Anpassungsfähigkeit der Farbe Geomet kann als Grundierung für die meisten Farben einschließlich Galvanik verwendet werden. Umweltschutz, Lösung auf Wasserbasis, enthält kein Chrom, es entsteht kein Abwasser und es werden keine Schadstoffe in die Luft abgegeben. Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, nur 6-8μm Filmdicke, kann Salzsprühtest mehr als 1000h erreichen. Hitzebeständigkeit, anorganischer Film und der Film enthält keine Feuchtigkeit. Wasserstofffreies Versprödungsverfahren, säurefreies und elektrolytisches Beschichtungsverfahren, Vermeidung von Wasserstoffversprödung wie bei gewöhnlichem Galvanikverfahren.

Die Stabilität des Reibungskoeffizienten ist für die Montage von Kfz-Befestigungselementen sehr wichtig. Die wasserbasierte Zink-Aluminium-Schuppenbeschichtung ist eine Lösung für den Reibungskoeffizienten. Auf Basis der Zink-Aluminium-Beschichtung wird eine wasserbasierte anorganische Oberflächenbeschichtung mit Gleitfunktion ---PLUS aufgebracht.

2. Elektrophoretische Beschichtungstechnologie

In den letzten Jahren haben einige Befestigungselemente einiger Automobilunternehmen eine elektrophoretische Beschichtung anstelle einer Passivierung nach dem Galvanisieren verwendet. Vereinfacht gesagt lautet das Prinzip der elektrophoretischen Beschichtung "Gegengeschlechtliche ziehen sich an", was wie ein Magnet ist. Bei der Anodenelektrophorese wird die Anode mit Bolzen beschichtet und der Lack wird negativ geladen; Während die kathodische Elektrophorese mit Bolzen an der Kathode beschichtet wird, ist der Lack positiv geladen. Die Elektrotauchlackierung ist bekanntlich hochmechanisiert, umweltfreundlich und der Lackfilm weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Wasserressourcen recyceln und wiederverwenden, um Emissionen zu reduzieren; Stärkung der Rückgewinnung von Schwermetallen, um Emissionen zu reduzieren; Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) reduzieren; Reduzierung des Energieverbrauchs (Wasser, Strom, Kraftstoff usw.) und Einhaltung der Umweltschutzauflagen, um Kosten zu senken und die Qualität zu verbessern.

Es wird seit mehreren Jahren auf Autoteile und Befestigungselemente angewendet. Das elektrophoretische Beschichtungsverfahren ist relativ ausgereift. Es ist ein Produkt, das die Galvanik ersetzt. PPGElect ropolyseal Befestiger spezielles elektrophoretisches Beschichtungsmaterial, EPll/SST 120～200h Anodenelektrophorese, EPlll/SST 200～300h kathodische Elektrophorese, EPlV/SST 500～1000h kathodische Elektrophorese, EP V/SST 1000～1500h kathodische Elektrophorese; und ZiNC-reiche Beschichtung Zinkreiche organische Beschichtung (leitfähig).

Mit der Entwicklung der Technologie wurden neben der kathodischen Elektrotauchlackierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit auch die anodische Elektrotauchlackierung mit bestimmter Witterungsbeständigkeit und die kathodische Elektrotauchlackierung mit Kantenkorrosionsbeständigkeit praktisch in der Produktionslinie eingesetzt. Derzeit sind die Elektrophorese-Beschichtungsserien von PPG von vielen Automobilherstellern zugelassen und eine Reihe von Spezifikationen wurde zu einem einheitlichen Standard geändert, S424 wird in S451 geändert, wie z. B. Ford WSS-M21P41-A2, S451; General Motors GM6047 Code G; Chrysler PS-7902 Mcthod C.

Die Vorteile der elektrophoretischen Beschichtung dienen dem Umweltschutz. Die elektrophoretische Beschichtung verwendet wasserbasierte Farbe und die Passivierung verwendet dreiwertiges Chrom; verbessern die Korrosionsbeständigkeit des Produkts, ausgezeichnete Haftung; kein Stopfenloch, kein Schraubgewinde, gleichmäßige Filmdicke, konstanter Drehmomentwert; traditionelles Galvanisieren + Passivieren Prozess, der Salzsprühtest erreicht ca. 144h. Nach der Einführung von Zinkphosphatierung + zinkreicher Grundierung + kathodischem elektrophoretischem Beschichtungsverfahren kann der Salzsprühtest mehr als 1000 Stunden erreichen

4, das Fazit

Künftig wird die Entwicklung von Verbindungselementen im Automobilbereich personalisierter sein, Wärmebehandlungsverfahren werden in den Gebrauchseigenschaften stärker hervortreten und intelligente, umweltfreundliche und leichte Technologien werden eine wichtige Rolle spielen. Die Entwicklung von Technologie und Ausrüstung ist die Grundlage für die Entwicklung der fortschrittlichen Fertigung, und es gibt noch viel Raum für Entwicklung. Die Lücke zum fortgeschrittenen Niveau des Auslands zu schließen, ist immer noch sehr mühsam, und die Aufgabe ist schwer und lang.

Link zu diesem Artikel: Analyse zum neuen Entwicklungstrend der Wärmebehandlungstechnologie für Kfz-Befestigungselemente

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