一、热处理工艺对提高螺栓疲劳强度的影响 　

　一直以来，汽车紧固件就以品种繁多、型式多样、规格不一的基本特征为主，它的选择和使用涉及到结构分析、连接设计、失效与疲劳分析、腐蚀要求和装配方法，以及相关的产品质量控制与试验等，这些因素在很大程度上决定了汽车产品的最终质量与可靠性。 　

　汽车高强度螺栓的疲劳寿命一直是受到重视的问题，数据表明螺栓的失效绝大多数是由于疲劳破坏引起的，且疲劳破坏时螺栓几乎无征兆，因此重大事故很容易在产生疲劳破坏时发生。热处理能够优化紧固件材料性能，使其疲劳强度提高，针对高强度螺栓越来越高的使用要求，通过热处理提高螺栓材料的疲劳强度更显十分重要。 　

1.材料疲劳裂纹的萌生 　　

疲劳裂纹最先开始的地方称为疲劳源，疲劳源对于螺栓微观结构组织很敏感，能在很小的尺度下萌生疲劳裂纹，一般在3～5个晶粒尺寸内，螺栓表面质量问题是主要的疲劳源，大部分的疲劳始于螺栓表面或者亚表面。螺栓材料晶体内部存在的大量位错和一些合金元素或杂质，晶界强度差异，这些因素都有可能导致疲劳裂纹萌生。研究表明，疲劳裂纹易发位置有：晶界、表面夹杂物或第二相颗粒、空洞，这些位置都与材料复杂多变的微观组织有关。如果热处理后能够改善微观组织，那么就能在一定程度上提高螺栓材料的疲劳强度。 　　

2.脱碳对疲劳强度的影响 　　

螺栓表面脱碳会降低淬火后螺栓的表面硬度、耐磨性，并显著降低螺栓疲劳强度。GB/T3098.1标准中就有针对螺栓性能的脱碳试验，并规定最大脱碳层深度。在分析35CrMo轮毂螺栓断裂失效原因时，发现在螺纹与杆部交接处是因为存在脱碳层。Fe3C在高温下能与O2、H2O、H2发生反应导致螺栓材料内部Fe3C的减少，从而增加了螺栓材料的铁素体相，降低螺栓材料强度，容易引发微裂纹。在热处理过程中控制好加热温度，同时必须采用可控气氛保护加热能够很好地解决这一问题。 　　

3.热处理对疲劳强度的影响 　　

螺栓表面的应力集中会降低其表面强度，在受到交变的动载荷时，在缺口应力集中部位不断发生微变形和恢复的过程，且其受到的应力远远大于无应力集中的部位，从而容易导致疲劳裂纹的产生。 　

　紧固件通过热处理调质改善显微组织，并具有优良的综合力学性能，可以提高螺栓材料的疲劳强度，合理控制晶粒尺寸以保证低温冲击功，也能获得较高的冲击韧性。合理的热处理细化晶粒，缩短晶界距离能阻止疲劳裂纹的产生，在材料内部如果存在一定量的晶须或第二项颗粒，这些加入的相便可以在一定程度上阻止驻留滑移带的滑移，从而阻止了微裂纹的萌生和扩展。 　　

二、热处理用淬火介质与加工介质 　

　汽车高强度紧固件在技术上有一系列特点：高精度等级；服务条件严酷，它将随主机一起常年经受严寒和极端温差的影响，承受高温、低温的侵蚀；静载、动载、超载、重载和环境介质的腐蚀，除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，还会在工作中受到附加的拉伸交变载荷、横向剪切交变载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还受到冲击载荷；附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，轴向拉伸载荷会引起螺栓的延迟断裂，以及高温条件下引起螺栓的蠕变等。 　

　大量的失效螺栓表明，服役中为沿螺栓头部与杆部的过渡处断裂；沿螺栓杆部螺纹与杆部交接处被拉断；还有沿螺纹部分滑扣。金相分析：螺栓表面与心部有较多未溶铁素体，在淬火奥氏体化不充分，基体强度不够和应力集中是失效的重要原因之一。为此，保证螺栓截面淬透和组织均匀性是非常重要的环节。 　

　淬火油的功能是将赤热的金属螺栓的热量迅速带走，使之降至马氏体转变温度下获得高硬度的马氏体组织和硬化层深度，同时亦要兼顾减少螺栓的变形和防止开裂。因此淬火油的基本特性就是“冷却特性”，其特点就是高温阶段的冷速较快，而低温阶段冷速较慢，这一特性很适合合金结构钢≥10.9级以上高强度螺栓的淬火要求。 　　

快速淬火油在使用中因产生热分解，氧化和聚合反应，从而导致冷却特性的变化，油中含有微量水分将严重影响油的冷却性能，造成淬火后紧固件光亮度下降，硬度不均，产生软点甚至开裂倾向。研究表明，油淬产生的变形问题部分是因油中含水造成的。此外，油中含水还加速了油的乳化变质和促进油中添加剂的失效。当油中含水量≥0.1%时，油受到加热时有可能使聚集在油槽底部的水达到沸点后，体积突然膨胀，易造成油溢出淬火油槽而引发火灾。 　　

对于连续式网带炉使用的快速淬火油，根据3个月间隔试验所积累的淬火特性数据，有可能建立油的稳定性及淬火特性图，确定淬火油的合适使用寿命，预测与淬火油性能变化有关的问题，从而减少因淬火油性能变化造成的返工或废品损失，使其成为生产的一种常规控制方法。而淬透深度直接影响着热处理后螺栓的质量，当材料的淬透性较差，冷却介质的冷速较慢而螺栓尺寸又较大时，淬火时螺栓心部不可能全部淬成马氏体组织，降低了心部区域的强度水平，尤其是屈服强度。这对于沿整个截面承受均匀分布拉伸应力的螺栓而言，显然是非常不利的。淬透性不足降低了强度，金相检验发现，心部存在先共析铁素体和网状铁素体组织，说明螺栓淬透性需要加强。众所周知，增加淬透性的两种方式，提高淬火温度；增加淬火介质的淬硬能力，都能有效增加螺栓的淬透深度。