確定scm435鋼高溫固態(tài)碳擴散系數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種確定SCM435鋼高溫固態(tài)碳擴散系數(shù)的方法。按照以下步驟進行：將試樣在1.013×105Pa的大氣壓下，加熱至900~1100℃并保溫40~90min，進行高溫脫碳模擬實驗，確定脫碳層及氧化層厚度。將脫碳層中碳濃度降至0.298~0.315%處規(guī)定為脫碳層的起點。通過菲克第二準(zhǔn)則推導(dǎo)出簡單快速求解碳擴散系數(shù)的計算公式。通過相同的實驗狀態(tài)、實驗材料，在相同的固相中，一定的溫度區(qū)間內(nèi)，其擴散系數(shù)具有相對的唯一性，根據(jù)這種唯一性驗證模型的準(zhǔn)確性。
【專利說明】確定SCM435鋼高溫固態(tài)碳擴散系數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種確定SCM435鋼高溫固態(tài)碳擴散系數(shù)的方法，屬于鋼鐵材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，一臺發(fā)動機需要許多緊固件進行連接固定。比如一輛轎車平均用緊固件1500個約50公斤，費用約占整車成本的2.5~3%。一輛中卡或重卡車平均需要各種緊固件90公斤，中國汽車緊固件需求量達到180-200億件，總量將達40-45萬噸，產(chǎn)值在百億元以上。對于高端發(fā)動機螺栓來說，主要有連桿螺栓、缸蓋螺栓、主軸承蓋螺栓與飛輪螺栓。每臺發(fā)動機(按四缸估算)，需要8個連桿螺栓、10個缸蓋螺栓、10個軸承螺栓、6個飛輪螺栓，每個螺栓重量約60克，總計約2公斤。全國每年按2000萬輛車計算，需要高端發(fā)動機緊固件總件數(shù)在61億件。
[0003]目前國內(nèi)乘用車、高端商用車、飛機、輪船、火車等12.9級高強度發(fā)動機螺栓用鋼一直依賴國外進口，這種關(guān)鍵部位的高級別螺栓鋼主要以SCM435冷鐓鋼為主，這種鋼對脫碳等表面質(zhì)量的要求近乎苛刻，屬于有特殊要求的高級冷鐓鋼，而在實際生產(chǎn)中，由于高溫擴散，盤條表面很容易產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象。
[0004]目前對于螺栓鋼領(lǐng)域，研究較多的為裝配技術(shù)、力學(xué)性能、連接方法、熱處理等，如ZL00105872.X號專利，公開了一種耐延遲斷裂性能優(yōu)良的高強度螺栓鋼。ZL200410074410.7號專利，公開了一種耐延遲斷裂和冷加工性能優(yōu)良的高強度螺栓鋼；ZL200510028318.1號專利，公開了一種通過熱處理，得到亞臨界汽輪機螺栓鋼細晶粒處理工藝方法；CN102587538A號專利，公開了一種狗骨式端板螺栓鋼連梁聯(lián)肢剪力墻的方法；CN200920104882.0號專利，公開了一種發(fā)動機螺栓裝配機；CN201220266903.0號專利，公開了汽車發(fā)動機螺栓、螺母拆卸安裝練習(xí)器。
[0005]另外，關(guān)于擴散技術(shù)專利，公布較多的為一種裝置、或氣體液體的擴散系數(shù)的測試工藝等，如CN102621039B號專利，公開了一種雙流氣準(zhǔn)靜態(tài)法測量氣體擴散系數(shù)的方法；CN101319979B號專利，公開了一種利用毛細管電泳儀速測物質(zhì)在液相中擴散系數(shù)的方法；CN102445406A號專利，公開了一種測量液相擴散系數(shù)的方法及裝置；CN102809526A號專利，公開了一種測量二氧化碳在飽和油巖心中擴散系數(shù)的方法；CN102706779A號專利，公開了一種測量二氧化碳在巖石中擴散系數(shù)的方法；CN103472507A號專利，公開了一種基于非對稱液芯柱透鏡精確測量液體折射率及液相擴散系數(shù)的方法；CN1566993A號專利，公開了擴散物質(zhì)的擴散狀況預(yù)測方法及擴散狀況預(yù)測系統(tǒng)，該方法可以預(yù)測排往大氣中的擴散物質(zhì)的擴散狀況；CN1773246A號專利，公開了一種擴散系數(shù)測定儀，可以測試油氣勘探中巖石擴散系數(shù)。
[0006] 故有必要對高端螺栓鋼SCM435鋼的碳擴散系數(shù)進行測試，從而預(yù)測其高溫碳擴散行為，為該鋼種的加熱工藝、在線冷卻工藝、熱處理工藝優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]確定SCM435鋼高溫固態(tài)碳擴散系數(shù)的方法，其工藝步驟包括:
X試樣制作步驟，
I試樣加熱步驟，
I試樣保溫步驟，
I快速冷卻步驟；
I結(jié)果計算步驟；
⑥結(jié)果驗證步驟；
其特征在于，其中試樣制作步驟為將工業(yè)生產(chǎn)的高強度螺栓鋼SCM435鋼熱軋盤條加工成Φ12πιπιΧ15πιπι圓柱體熱模擬試樣，并在試樣中間表面焊接熱電偶，在熱模擬機上進行豐吳擬實驗；
試樣加熱步驟為用電阻加熱法在1.013 X IO5Pa的大氣壓下，避免試樣在加熱階段產(chǎn)生脫碳，將試樣從常溫快速加熱到90(Tll(KrC ；
試樣保溫步驟為在1.013X IO5Pa的大氣壓下，為促進脫碳層的產(chǎn)生及生長，進行40~90min的保溫；
快速冷卻步驟為將試樣從保溫溫度以大于5°C /s的冷速快速冷卻到室溫，以避免試樣在冷卻階段產(chǎn)生脫碳，實驗后測量氧化層及脫碳層厚度；
結(jié)果計算步驟為由公式:
【權(quán)利要求】
1.確定SCM435鋼高溫固態(tài)碳擴散系數(shù)的方法，其工藝步驟包括: ?.試樣制作步驟， I試樣加熱步驟， I試樣保溫步驟， I)快速冷卻步驟；
結(jié)果計算步驟； ⑥結(jié)果驗證步驟； 其特征在于，其中試樣制作步驟為將工業(yè)生產(chǎn)的高強度螺栓鋼熱軋盤條加工成Φ 12mmX 15mm圓柱體熱模擬試樣,并在試樣中間表面焊接熱電偶； 試樣加熱步驟為在1.013X IO5Pa的大氣壓下將試樣加熱到90(Tl100°C ； 試樣保溫步驟為在1.013 X IO5Pa的大氣壓下保溫4(T90min ； 快速冷卻步驟為將保溫后的試樣以大于5°C /s的冷速在快速冷卻至室溫； 結(jié)果計算步驟為由公式:
【文檔編號】G01N13/00GK103940704SQ201410160014
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】徐東, 鄭冰 申請人:河北工程大學(xué)
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