1.ボルトの疲労強度向上に及ぼす熱処理の影響

長い間、自動車 ファスナーsは、さまざまな品種、タイプ、および仕様の基本的な特性によって支配されてきました。 その選択と使用には、構造解析、接続設計、故障と疲労の解析、腐食要件と組み立て方法、および関連するものが含まれます。これらの要因は、自動車製品の最終的な品質と信頼性を大きく左右します。

自動車の高力ボルトの疲労寿命は常に重要な問題でした。 データによると、ボルトの破損のほとんどは疲労破損によるものであり、ボルトの疲労破損の兆候はほとんどありません。 そのため、疲労破壊が発生すると大きな事故が発生する可能性があります。 熱処理により、ファスナー材料の特性を最適化し、疲労強度を高めることができます。 高力ボルトの使用要件が高まる中、熱処理によりボルト材料の疲労強度を向上させることがより重要になっています。

1.材料の疲労亀裂の発生

疲労亀裂が最初に始まる場所を疲労源と呼びます。 疲労源はボルトの微細構造に非常に敏感であり、非常に小さなスケールで、一般に3〜5の結晶粒径内で疲労亀裂を引き起こす可能性があります。 ボルトの表面品質が主な問題です。 疲労の原因である疲労のほとんどは、ボルトの表面または表面下から始まります。 多数の転位、ボルト材料の結晶中のいくつかの合金元素または不純物、および粒界強度の違いはすべて、疲労亀裂の発生につながる可能性があります。 研究によると、疲労亀裂は次の場所で発生する傾向があります：粒界、表面介在物または第XNUMX相粒子、および空洞。 これらの場所はすべて、材料の複雑で変化しやすい微細構造に関連しています。 熱処理後の微細構造を改善できれば、ボルト材料の疲労強度をある程度改善することができます。

2.疲労強度に及ぼす脱炭の影響

ボルト表面の脱炭は、焼入れ後のボルトの表面硬度と耐摩耗性を低下させ、ボルトの疲労強度を大幅に低下させます。 GB / T3098.1規格にはボルト性能の脱炭試験があり、最大脱炭深さが規定されています。 35CrMoハブボルトの破損の理由を分析したところ、ねじ山とロッドの接合部に脱炭層があったことがわかりました。 Fe3Cは、高温でO2、H2O、およびH2と反応して、ボルト材料のFe3Cを低減します。これにより、ボルト材料のフェライト相が増加し、ボルト材料の強度が低下し、マイクロクラックが発生しやすくなります。 熱処理工程では、加熱温度を適切に制御すると同時に、この問題を解決するために制御可能な雰囲気保護加熱を使用する必要があります。

3.疲労強度に及ぼす熱処理の影響

ボルトの表面に応力が集中すると、ボルトの表面強度が低下します。 交互の動的荷重を受けると、ノッチの応力集中部分で微小変形と回復のプロセスが継続して発生し、受ける応力は応力集中のない部分よりもはるかに大きいため、疲労亀裂の発生。

ファスナーは、微細構造を改善するために熱処理および焼き戻しが行われ、優れた包括的な機械的特性を備えているため、ボルト材料の疲労強度を改善し、結晶粒径を合理的に制御して低温衝撃エネルギーを確保し、さらに高い衝撃靭性を得ることができます。 適度な熱処理により結晶粒を微細化し、粒界間の距離を短くすることで疲労亀裂を防ぐことができます。 材料に一定量のウィスカーまたは第XNUMXの粒子が含まれている場合、これらの追加された相により、常駐スリップをある程度防ぐことができます。 ベルトの滑りは、マイクロクラックの発生と拡大を防ぎます。

2.焼入れ媒体および熱処理用処理媒体

自動車用高強度ファスナーには、一連の技術的特徴があります。 厳しい使用条件では、ホストとともに一年中厳しい寒さと極端な温度差の影響に耐え、高温と低温の侵食に耐えます。 静的荷重、動的荷重、過負荷、重荷重、および環境媒体の腐食、軸方向の事前締め付け引張荷重の影響に加えて、作業中に追加の引張交互荷重、横せん断交互荷重、または複合曲げ荷重も受けます。衝撃荷重を受けることもあります。 追加の横方向の交互荷重はボルトを緩める可能性があり、軸方向の交互荷重はボルトの疲労破壊を引き起こす可能性があり、軸方向の引張荷重はボルトの遅延破壊や高温条件を引き起こす可能性があります。 ボルト等のクリープ。

多数のボルトが破損している場合は、ボルトの頭とボルトの頭の間の移行部に沿ってボルトが破損していることを示しています。 シャフト サービス中; それらはボルトのねじ山の接合部に沿って引き抜かれました シャフト と シャフト; ねじ部分に沿ってスライドバックルがありました。 金属組織学的分析：ボルトの表面とコアにはより多くの未溶解フェライトがあり、焼入れ中の不十分なオーステナイト化、不十分なマトリックス強度、および応力集中が故障の重要な理由のXNUMXつです。 このため、ボルト断面の硬化と構造の均一性を確保することは非常に重要なリンクです。

焼入れ油の機能は、赤熱した金属ボルトの熱をすばやく取り除き、マルテンサイト変態温度まで下げて、高硬度のマルテンサイト構造と硬化層の深さを得ることにあります。 同時に、ボルトの変形の低減とひび割れの防止も考慮に入れる必要があります。 したがって、焼入れ油の基本的な特性は「冷却特性」であり、高温段階での冷却速度が速く、低温段階での冷却速度が遅いという特徴があります。 この特性は、10.9以上の高強度ボルトの合金構造用鋼の焼入れ要件に非常に適しています。

急冷油は使用中に熱分解、酸化、重合反応を起こし、冷却特性が変化します。 オイル中の微量水分はオイルの冷却性能に深刻な影響を及ぼし、焼入れ後のファスナーの輝度が低下し、硬度が不均一になります。 ソフトスポットやひび割れ傾向さえも生み出します。 研究によると、油の急冷によって引き起こされる変形の問題は、部分的に油中の水によって引き起こされることが示されています。 さらに、オイル中の水分含有量は、オイルの乳化と劣化を促進し、オイル中の添加剤の故障を促進します。 オイルの含水率が0.1％以上の場合、オイルを加熱すると、オイルタンクの底に溜まった水が急激に膨張し、急冷タンクからオイルが溢れ出てしまうことがあります。火災。

連続メッシュベルト炉で使用される急速焼入れ油については、3ヶ月間隔試験で蓄積された焼入れ特性データに基づいて、油の安定性と焼入れ特性を確立し、焼入れの適切な耐用年数を決定することができます油、および焼入れ油の性能を予測します。 関連する問題を変更することで、焼入れ油の特性の変化による手直しや廃棄物の損失を減らし、従来の生産管理方法になります。 硬化の深さは、熱処理後のボルトの品質に直接影響します。 材料の焼入れ性が悪く、冷却媒体の冷却速度が遅く、ボルトのサイズが大きい場合、焼入れ中にボルトコアをすべてマルテンサイトに焼入れすることはできません。 組織は心臓領域の強度レベル、特に降伏強度を低下させます。 これは、断面全体に沿って均一に分布した引張応力に耐えるボルトにとって明らかに非常に不利です。 焼入れ性が不十分な場合、強度が低下します。 金属組織学的検査により、コアに初析フェライトと網状フェライト構造が存在することがわかり、ボルトの焼入れ性を強化する必要があることが示されました。 ご存知のように、焼入れ性を高めて焼入れ温度を上げるにはXNUMXつの方法があります。 焼入れ媒体の焼入れ性を高め、ボルトの焼入れ深さを効果的に高めることができます。

Houghto-Quenchは、オリジナルの中速焼入れ油であるHoughto-Quench Gをベースに、特別に開発した急速焼入れ油です。Houghto-QuenchK2000は、硬化能力をさらに向上させ、ファスナーの焼入れおよび冷却に特に適しています。 十分な硬化の深さ。

急冷油の蒸気膜段階は短く、すなわち、油の高温段階は急速に冷却されます。 この機能は、10B33および45鋼≤M20ボルトおよびM42ナットの場合、より深い硬化層を得るのに役立ちますが、SWRCH35Kおよび10B28鋼の場合、厚さがM12ボルトおよびM30ナット以下の場合にのみ、硬度が低下します。コアと表面硬度の差はわずかです。 冷却速度分布の分析から、中高温段階で必要とされる急速冷却に加えて、オイルの低温冷却速度は硬化層の深さに大きな影響を及ぼします。 低温冷却速度が速いほど、硬化層は深くなります。 これは、高強度ファスナーがセクション全体で均一に荷重に耐えるのに非常に有利であり、焼入れ状態で焼戻しする前にマルテンサイト構造の約90％を取得する必要があります。 評価指標には、引火点、粘度、酸価、耐酸化性、残留炭素、灰分、スラッジ、焼入れ冷却速度、焼入れ輝度など、約20の指標が含まれます。

より大きなサイズのボルトの場合、PAG消光剤が主な解決策であり、ほとんどの製品の消光要件を満たしています。 PAG焼入れ剤はマルテンサイト変態帯で沸騰段階にあり、冷却速度が速く、リスクが高くなります。 濃度で調整できます。 キーインデックスでの冷却速度は約300℃です。 この温度点での冷却速度が遅いほど、焼入れ割れを防ぐ能力が強くなり、より適切な鋼種になります。 使用中の対流冷却速度の安定性は、焼入れの品質を確保するための最も重要な要素です。

初期破壊ボルトのサンプルでは、​​破壊近くの破壊されたボルトのねじ山に亀裂欠陥があることがわかります。 主な理由は、ボルトが不適切に巻かれていることです。 折り畳みによって引き起こされます。 ねじ山の底にもさまざまな深さの微小亀裂が見られ、機械加工で蓄積された腫瘍が応力集中領域を形成します。 標準のGB / T5770.3-2000「ファスナーに表面欠陥のあるボルト、ねじ、およびスタッドの特別な要件」では、応力がかかった状態でボルトのピッチ直径より上のねじプロファイルの高さのXNUMX/XNUMX以下の折り目が規定されています。ねじ山の底の折り畳みと堆積は許容されない欠陥であり、折り畳みはボルトの破損の主な理由のXNUMXつです。 ボルトねじ山加工にホートンの極圧潤滑剤を使用することで、エッジの蓄積を効果的に防ぎ、応力集中を低減し、ボルトの疲労寿命を向上させることができます。

3.自動車用ファスナーの表面保護と技術開発

自動車の留め具、特に固定ボルト、パイプクランプ、弾性クランプなどは、使用中に非常に過酷な環境にあり、通常、深刻な腐食が発生し、錆のために分解することさえ困難です。 したがって、ファスナーは優れた防食性を備えている必要があります。 現在使用されている最も一般的な方法は、表面の電気亜鉛めっき、亜鉛ニッケル合金、リン酸塩処理、黒化、およびダクロメット処理です。 自動車用ファスナーの表面コーティングに含まれる六価クロムの含有量が制限されているため、環境保護指令の基準を満たしていないため、有害物質を含む製品の市場投入が禁止されており、革新性がかつてないほど高くなっています。自動車用ファスナーの能力 表面処理 標準的な環境要件。

1.水性亜鉛-アルミニウムコーティングGeomet

環境にやさしい新しいコーティング技術-フレーク亜鉛-アルミニウムコーティングGeomet、Enoufu Groupは、30年以上のDACROMET表面防錆技術の経験と長年の研究開発に基づいて、完全な技術を開発しました。 クロム表面処理の新技術--- GEOMET。

防錆機構、グメット処理フィルムの構造もダクロメット処理フィルムと同じです。 金属シートを層状に重ね合わせて、シリコンベースの接着剤と組み合わせて基板を覆うフィルムを形成します。

Geometの利点：導電性、高強度の金属シートにより、Geometのボルトは導電性になります。 塗料の適応性、Geometは、電気めっきを含むほとんどの塗料のプライマーとして使用できます。 環境保護、水ベースのソリューションは、クロムを含まず、廃水が生成されず、有害物質が大気中に放出されません。 優れた耐食性、わずか6〜8μmの膜厚で、1000時間以上の塩水噴霧試験に到達できます。 耐熱性、無機フィルム、およびフィルムは湿気を含んでいません。 水素フリー脆化プロセス、酸フリーおよび電解コーティングプロセスは、通常の電気めっきプロセスのように水素脆化を回避します。

摩擦係数の安定性は、自動車のファスナーの組み立てにとって非常に重要です。 水ベースのフレーク状の亜鉛-アルミニウムコーティングは、摩擦係数の解決策です。 亜鉛アルミニウムコーティングをベースに、潤滑機能を備えた水性無機表面コーティング--- PLUSを塗布しています。

2.電気泳動コーティング技術

近年、一部の自動車会社の一部のファスナーは、電気めっき後の不動態化の代わりに電気泳動コーティングを使用しています。 簡単に言えば、電気泳動コーティングの原理は、磁石のような「異性が互いに引き合う」ことです。 アノード電気泳動はアノードのボルトでコーティングされており、塗料は負に帯電しています。 陰極電気泳動は陰極のボルトでコーティングされていますが、塗料は正に帯電しています。 ご存知のように、電気泳動コーティングは高度に機械化され、環境に優しく、皮膜は優れた耐食性を備えています。 排出量を削減するために水資源をリサイクルおよび再利用します。 排出量を削減するために重金属の回収を強化する。 VOC（揮発性有機化合物）の排出量を削減します。 エネルギー消費量（水、電気、燃料など）を削減し、環境保護要件を満たしてコストを削減し、品質を向上させます。

数年前から自動車部品やファスナーに使用されています。 電気泳動コーティングプロセスは比較的成熟しています。 電気めっきに代わる製品です。 PPGElectロポリシールファスナー特殊電気泳動コーティング材料、EPll / SST 120〜200hアノード電気泳動、EPlll / SST 200〜300h陰極電気泳動、EPlV / SST 500〜1000h陰極電気泳動、EP V / SST 1000〜1500h陰極電気泳動; およびZiNCリッチコーティング亜鉛リッチ有機コーティング（導電性）。

技術の進歩に伴い、耐食性に優れた陰極電気泳動コーティングに加えて、一定の耐候性を備えた陽極電気泳動コーティングやエッジ耐食性を備えた陰極電気泳動コーティングも生産ラインに実用化されています。 現在、PPGの電気泳動コーティングシリーズは多くの自動車製造会社によって承認されており、一連の仕様は統一された標準に変更され、S424はフォードWSS-M451P21-A41、S2などのS451に変更されています。 ゼネラルモーターズGM6047コードG; クライスラーPS-7902McthodC。

電気泳動コーティングの利点は、環境保護に役立ちます。 電気泳動コーティングは水性塗料を採用し、不動態化は三価クロムを採用しています。 製品の耐食性、優れた接着性を向上させます。 プラグ穴なし、ねじ山なし、均一な膜厚、一定のトルク値。 従来の電気めっき+不動態化プロセスでは、塩水噴霧試験は約144時間に達します。 リン酸亜鉛処理+亜鉛リッチプライマー+陰極電気泳動コーティングプロセスを採用した後、塩水噴霧試験は1000時間以上に達する可能性があります。電気めっき+陰極電気泳動コーティングプロセスを採用した場合、塩水噴霧試験は500時間以上に達する可能性があります。

4、結論

将来的には、自動車用ファスナーの開発はよりパーソナライズされ、熱処理プロセスはサービス特性においてより顕著になり、インテリジェント、グリーン、および軽量のテクノロジーがすべて重要な役割を果たします。 技術や設備の開発は、先進的なものづくりの基盤であり、まだまだ開発の余地があります。 先進国とのギャップを縮めるためには、まだまだ大変な作業であり、重くて長い作業です。

この記事へのリンク： 自動車用ファスナーの熱処理技術の新開発動向分析

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