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浅谈热处理紧固件表面与芯部硬度关系

液压设备的整个系统中会采用大量的紧固件进行装配和紧

固，由于液压设备系统属于动态设备，对安全性的要求会比较高，在

紧固件的选用中也会大量采用高强度的产品，高强度紧固件由于需要

进行热处理调质，如果生产工艺不稳定，会对紧固件产品产生非常大

的影响，因此在安装前会对紧固件进行抽样检测。行业中，最普遍、

最重要的机械性能检测方法之一就是硬度试验，常规的硬度检测方法

包括洛氏硬度、维氏硬度和布氏硬度。而维氏硬度除了用于考核紧固

件的硬度指标之外，还可以考核紧固件的脱碳和增碳。由于在

GB/T3098.1-2010的有关螺栓、螺钉和螺柱的机械和物理性能的中有

“紧固件的表面硬度不应比芯部硬度高出30HV单位”的注释，因此，

紧固件的检验人员经常会做出这样的检测结论：“芯表硬度差异超过

30HV，不合格”。本文针对这一判定结果进行简要分析，希望能够

给从事检验的人员予一定的启示。

1试验目的

1.1常规硬度试验目的

常规硬度试验根据GB/T3098.1-2010中9.9.1条款的规定，

对不能实施拉力实验的紧固件：测定紧固件的硬度;对能实施拉力试

验的紧固件：测定紧固件的最高硬度。即公称长度lt;2.5d(d为

公称直径)的产品，因无法进行拉力试验，需要考核它的最高和最低

硬度，对于可以进行拉力试验的产品，由拉力试验考核性能下限，硬

度考核性能上限。因此，在GB/T3098.1-2010中的只规定了最小拉力

载荷，并没有规定拉力上限(有部分产品规定了拉力上限，如GB/T

1228和ASTMA490等钢结构紧固件都规定了拉力载荷的上限和下

限，本文只针对满足GB/T3098.1-2010标准要求的常规紧固件产品。)

1.2小力值维氏硬度试验目的

因为根据GB/T3098.1-2010的规定，紧固件的硬度测试的

仲裁采用维氏硬度(Fge;98N)，即硬度的仲裁应采用HV10或以

上的维氏硬度方法，而碳势评定(脱碳和增碳)应采用HV0.3。使用小

负荷维氏硬度进行硬度试验，是基于硬度值的变化和含碳量有直接的

关系，在同一组织状态下，含碳量的减少会导致硬度值的下降，根据

硬度值的分布梯度来测定增、脱碳的深度。

1.2.1脱碳试验

通常把黑色金属材料(钢)表面含碳量降低的现象称为脱碳。

表面硬度和芯部硬度的差值是用来控制热处理工艺质量(表面脱碳或

渗碳)，本身并不反映紧固件的整体机械性能，因此，只有经过热处

理的8.8级以上的紧固件才需要检测脱碳。造成表面脱碳主要是因为

原材料退火或在调质处理过程中，炉内保护气体的碳势控制不当造成

的。表面脱碳有可能导致紧固件螺纹强度降低甚至在安装使用中产生

脱扣，造成失效。所以，在线材退火、紧固件热处理之后分别进行脱

碳检测，是非常有必要的。因为脱碳是表面碳的损耗，因此是可逆的，

可以进行返工。

如紧固件性能等级在8.8级以上、螺距pge;1.25mm，则可

进行硬度法测试脱碳。测试第2点和第1点的硬度应在同一牙上进

行测量(见图3)。第2点的维氏硬度值HV(2)应等于或大于第1点维

氏硬度HV(1)减去30个维氏单位，螺纹未脱碳层的高度E应符合表

2规定的技术要求。

1.2.2增碳试验

基体金属表面碳含量的增加被称为增碳。“紧固件的表面硬

度不应比芯部硬度高出30HV单位”，这是GB/T3098.1-2010标准

中对8.8级以上(含8.8级)的紧固件产品规定的最高表面硬度。同

时对10.9级和12.9级紧固件的最高表面硬度明确规定为390HV和

435HV。与脱碳试验相类似，最高表面硬度是用来控制热处理质量(表

面脱碳或增碳)，本身并不反映紧固件的整体机械性能，因此，只有

经过热处理的8.8级以上的紧固件才需要检测增碳。造成表面增碳的

原因是因为在热处理过程中，热处理炉内保护气体的碳势控制不当或

因对已脱碳产品的表面进行复碳时人为调高碳势造成表面增碳。过高

的含碳量会使螺纹表面硬度增加，导致紧固件的脆性或降低疲劳强

度，因此，在紧固件热处理完成后，需要对产品进行增碳试验测试。

2试验方法