釬桿釬桿疲勞裂紋分布的研究

對斷裂后的B22 錐形釬桿， 釬肩前、桿體中部和錐體部位的內(nèi)疲勞裂紋分布情況進行分析，釬桿在釬肩中部內(nèi)疲勞斷裂。從分析結(jié)果可以看出:釬肩前的內(nèi)疲勞裂紋比較粗、長、深，說明這個部位的應(yīng)力值最大，但裂紋數(shù)量相對要少。錐體部位的裂紋、數(shù)量非常多，密度高，但比較淺、小，說明此處受到的反射應(yīng)力頻率高，但應(yīng)力值小，且觀察到應(yīng)力波和反射應(yīng)力波的疊加區(qū)， 造成疲勞裂紋增多的情況。釬肩和部分釬尾的內(nèi)疲勞分布情況說明，熱擴水針孔的截面變化部位，由于出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生了裂紋；釬肩中部，若釬肩形狀設(shè)計不合理，出現(xiàn)喇叭口時，也因應(yīng)力集中現(xiàn)象而出現(xiàn)粗大裂紋，造成釬肩中部的斷裂。

分析中還發(fā)現(xiàn)，釬肩設(shè)計合理的釬桿，釬肩中部內(nèi)孔適當縮小， 但縮小的過渡區(qū)過于劇烈時也會出現(xiàn)粗大裂紋而在此處斷裂; 試驗中數(shù)支釬桿就是在此處斷裂。試驗還對桿體中部的內(nèi)疲勞裂紋分布作了縱向剖視分析，從縱向剖面上可以看出; 桿體中部的內(nèi)疲勞裂紋數(shù)量少，而且多是淺、小裂紋，說明其所受應(yīng)力值小，反射波疊加也因距釬頭遠，反射波已經(jīng)衰減而疊加現(xiàn)象減少， 所以桿體中部斷裂的機率低些。

釬桿外疲勞裂紋的分布。釬尾、釬肩前、桿體中部的外疲勞裂紋無明顯的規(guī)律性分布特征。這些部位的外疲勞斷裂比較分散，往往與這些部位的外表面缺陷相聯(lián)系。換言之，這些部位只要出現(xiàn)嚴重的外表面缺陷， 就會在這些嚴重缺陷部位產(chǎn)生外疲勞源， 并發(fā)展為疲勞裂紋且擴展而最終造成釬桿的外疲勞斷裂。錐體部位的斷裂，主要是外疲勞斷裂，為此專門作了錐體部位的外疲勞分布的研究。

鍛造錐體因幾何尺寸精度差，與車床加工的釬頭錐孔配合差，造成錐體的應(yīng)力分布極不均勻，接觸不良的部位受力大，容易產(chǎn)生裂紋。

主要有:

（1）釬桿錐體插入深度不夠，在插入部與未插入部之間產(chǎn)生粗大外疲勞裂紋，容易造成錐體的中部斷裂。

（2）釬桿的錐體是腰鼓形，所以錐體端部和中部都有粗大裂紋。

（3）釬桿錐度較好，只在錐體端部出現(xiàn)粗大裂紋。此外，少量釬桿錐體的外表面都可以看到“桔皮狀”的粗糙情況，這是粗密疲勞裂紋造成的現(xiàn)象，與其錐體部位的疲勞裂紋一樣，應(yīng)力頻率高，但應(yīng)力值小。所以，錐體附近部位，如果沒有嚴重的外傷（卸釬頭時的嚴重敲擊）或外表面缺陷，一般不在這些部位斷裂。

在實際鑿巖作業(yè)中，還經(jīng)常遇到釬尾炸頂和堆頂?shù)那闆r，個別的在釬尾108 毫米處根部斷裂。釬尾108 毫米處斷裂主要與根部圓弧的大小密切相關(guān)， 根部圓弧大于4.5 毫米并稍加改進圓弧過渡，此處一般不會斷裂。

而釬尾炸頂和堆頂主要與釬尾熱處理硬度有關(guān)，若釬尾淬火、回火后硬度仍高于HRC57則容易出現(xiàn)炸頂，而硬度低于HRC49 常常會出現(xiàn)堆頂情況。

錐體的熱處理尚未引起國內(nèi)釬具生產(chǎn)廠的重視，國內(nèi)釬具生產(chǎn)廠幾乎沒有一家專門針對提高錐體的質(zhì)量而進行熱處理的。目前我國B22、B25 六角錐形釬桿的錐體壽命，往往只有釬桿其他部位壽命的1/3。就連國內(nèi)專業(yè)廠的現(xiàn)場鑿巖壽命標定和行業(yè)釬桿壽命試驗臺檢測，在錐體斷裂時，是計算三次斷錐體平均壽命代表釬桿的壽命。

錐體先于桿體斷裂，有結(jié)構(gòu)上的原因，也與高頻沖擊應(yīng)力在錐體部位的傳播特點有關(guān)。錐體端部的截面比桿體小。錐體與釬頭相配合進行鑿巖時，距巖石最近，高頻沖擊應(yīng)力波傳至巖石不進行破碎時，有一個等強度的反射波先回傳至錐體再傳回桿體，破碎巖石的應(yīng)力和破碎后的反射波在錐體首先疊加，再傳回桿體時逐步衰減。由于應(yīng)力波和反射波在桿體的傳播速度達5100 米/秒， 經(jīng)計算機測試系統(tǒng)實測，每次沖擊應(yīng)力波將產(chǎn)生15次反射波，再加上錐體與釬頭褲體相配后，成直角截面過渡，應(yīng)力集中現(xiàn)象驟增。所以錐體所受應(yīng)力（包括沖擊應(yīng)力的反射應(yīng)力）往往大于桿體中部的應(yīng)力而且呈不對稱性。在實際鑿巖時，若鑿巖機推力不足或使用過鈍的釬頭，錐體斷裂的機會更大。另外，還有錐體與釬頭褲體配合不良，接觸面欠佳或插入深度不夠等等，更加劇了上述因素的破壞作用。因此，為了提高錐體的壽命，對錐體專門進行熱處理和強化處理是十分必要的。

1.B22、B25 六角釬桿的常用鋼種和基本要求B22、B25 六角釬桿包括錐形連接和整體釬桿。我國大部分釬桿用戶使用的是錐形連接釬桿。我國錐形連接釬桿用鋼，經(jīng)過近40年的大量試驗、研究、生產(chǎn)和使用證明，55SiMnMo 鋼是獨具特色、符合我國資源的比較優(yōu)秀的釬鋼鋼種。55SiMnMo 鋼屬貝氏體鋼，在正火狀態(tài)或熱軋狀態(tài)時（控軋控冷）桿體硬度在HRC35～38 時，具有高的彈性和疲勞強度， 金相組織是粒狀貝氏體或板條貝氏體（同屬上貝氏體）和富碳的殘留奧氏體。

55SiMnMo 鋼的正火組織（或熱軋狀態(tài)）與鋼的化學成分和冷卻速度有很大的關(guān)系。而正火狀態(tài)（或熱軋狀態(tài)）的桿體硬度也與鋼的化學成份和冷卻速度密切相關(guān)。金相組織中的殘留奧氏體量和是否出現(xiàn)針狀貝氏體或馬氏體或冷速太慢出現(xiàn)珠光體， 甚至鐵素體等對釬桿的壽命都有顯著的影響。當桿體硬度控制在HRC35～38 時，顯微組織中的貝氏體, 顯微硬度在HV420 左右，而高碳的殘余奧氏體顯微硬度高達HV750 左右。實踐證明:在顯微組織中不出現(xiàn)馬氏體、下貝氏體和珠光體、鐵素體的情況下， 上貝氏體 殘余奧氏體量在25%～35%的范圍，釬桿有高的鑿巖壽命。

2.B22、B25 六角釬桿的基本要求是：

（a）高的疲勞強度和良好的韌性配合。

（b）低的缺口敏感和低的疲勞裂紋擴展速率。

（c）桿體要有好的彈性、釬尾在鑿巖機活塞的沖擊下，不會堆頂和炸頂。

國內(nèi)外大量的研究工作和實踐證明：B22 和B25 六角釬桿的鋼材是六角中空鋼，鋼材的表面狀態(tài)是熱軋狀態(tài)，在熱軋的表面狀態(tài)下要保證有高的疲勞強度，其最佳硬度是HB400 左右（HRC42 左右）。也恰好在這個硬度范圍，細長桿件的彈性最好。B22和B25 六角釬桿的釬尾，在工作時要受到鑿巖機活塞的高頻沖擊，所以對釬尾硬度有較嚴的要求,大量的研究和實踐證明，釬尾硬度HRC50～54 的范圍時， 釬尾不會出現(xiàn)堆頂和炸頂現(xiàn)象。

3.B22、B25 六角釬桿的工作條件和失效特點

國內(nèi)的研究工作在八十年代初就已得出結(jié)論：B22 六角釬桿是在高頻沖擊下產(chǎn)生縱應(yīng)力（拉-壓應(yīng)力） 為主和腐蝕條件下工作的，其沖擊功率在60J 左右，沖擊頻率2000～3500 次/分，全應(yīng)力為300 MPa，釬桿內(nèi)孔通0.3～0.4 MPa 壓力的礦水進行排屑和除塵。在這樣的工作條件下，釬桿的正常失效是疲勞斷裂失效。當釬桿外表面存在缺陷（脫碳、夾雜、折疊、碰傷缺口等）在高頻應(yīng)力下， 一些缺陷造成應(yīng)力集中，形成疲勞裂紋和擴展進而發(fā)生外疲勞斷裂。釬桿外表面不存在缺陷或經(jīng)過表面強化（如拋丸、滾壓等）時，會產(chǎn)生內(nèi)疲勞斷裂。內(nèi)疲勞斷裂有兩種情況:

（a）表面無缺陷時，首先在高頻應(yīng)力和礦水腐蝕的共同作用下，在內(nèi)表面形成應(yīng)力腐蝕點，應(yīng)力腐蝕點隨著時間推移和應(yīng)力及礦水腐蝕而加深，發(fā)展為腐蝕坑，腐蝕坑發(fā)展到一定深度后引起應(yīng)力集中而擴展為疲勞源并發(fā)展為疲勞裂紋，裂紋擴展最終造成疲勞斷裂。我們觀察到腐蝕坑的深度在0.14～0.22 毫米時形成疲勞源和疲勞裂紋，隨后疲勞裂紋迅速擴展而造成釬桿的內(nèi)疲勞斷裂。

（b）如果內(nèi)表面存在缺陷時，在高頻應(yīng)力和礦水腐蝕的共同作用下，缺陷處引起應(yīng)力集中和腐蝕加深，很快形成疲勞源或疲勞裂紋，往往不存在疲勞源孕育期，很快造成釬桿疲勞斷裂 。

釬尾的熱處理， 主要是保證釬尾在活塞的高頻沖擊下不堆頂、不炸頂。對55SiMnMo鋼來說， 釬尾硬度在HRC50-54 的范圍時，將能滿足上述要求。55SiMnMo 鋼的釬尾熱處理工藝是：870℃±20°。淬油，淬火加熱最好采用中頻感應(yīng)圈加熱， 加熱長度70~80 毫米，淬火后硬度為HRC56-58。

釬尾回火工藝：320~340℃±10°。回火后硬度HRC52-54。該爐批的化學成分含碳量高（從質(zhì)量保證書可以查到）宜采用溫度高限；含碳量低宜選擇溫度低限?；蚧鼗鸷髾z查釬尾硬度若高出HRC54，要調(diào)高溫度重新回火。若回火后硬度低于HRC48，釬尾要正火后再重新淬火，回火溫度比原來要調(diào)低。釬尾回火，建議專用低溫鹽爐，局部回火，浸入鹽槽長度不宜超過錐體釬肩，以比淬火長度深10 毫米為宜。

1 釬桿熱處理工藝選擇的基礎(chǔ)是鋼種釬具用鋼，伴隨著沖擊式鑿巖機械的發(fā)展，形成了各種系列和類別。在釬桿生產(chǎn)中，正確選擇了鋼種，才有可能選擇能充分發(fā)揮該鋼種優(yōu)點的熱處理工藝，以保證釬桿的質(zhì)量和壽命。鋼種不同，最佳的熱處理工藝也不同。

2 釬桿熱處理工藝選擇的依據(jù)是釬桿的基本要求和釬桿的失效分析釬桿的基本要求因品種而異，釬桿的失效原因，有釬桿結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或制釬過程各加工工序的缺陷，還有使用時的失誤等等。

但熱處理工藝是否適當，熱處理時是否存在質(zhì)量問題，是內(nèi)在的、是本質(zhì)的。要針對釬桿失效的最主要原因，排除了各種外在的因素以后，選擇保證內(nèi)在質(zhì)量的最佳熱處理工藝。

3 釬桿熱處理工藝選擇要遵循經(jīng)濟性、合理性和可行性原則目前熱處理技術(shù)的發(fā)展，日新月異，除了常規(guī)的熱處理、感應(yīng)加熱、化學熱處理、真空熱處理之外，還有高能束（激光、電子束等）熱處理、物理氣相沉積和化學氣相沉積、離子注入、噴涂等新的表面強化熱處理技術(shù)。釬桿是細長桿件，要進行整體處理有很大的局限性，往往一種熱處理工藝無法滿足釬桿各部位的基本要求，應(yīng)選擇幾種熱處理工藝，分別對各部位進行處理。如何在眾多的熱處理技術(shù)中選擇適合于釬桿的各種基本要求的熱處理工藝，就要考慮經(jīng)濟性、合理性和可行性。

4 選擇熱處理工藝的最終判據(jù)是釬桿實際使用壽命的提高程度

到目前為止，釬桿質(zhì)量的高低最好的判定是進行實地礦山鑿巖試驗。在此之前，國內(nèi)外不少公司和科研機構(gòu)和高等院校，研制過釬桿室內(nèi)壽命試驗臺和壽命測試裝置，其試驗或檢測結(jié)果只能是相對性的或作為初步選擇制釬工藝或熱處理工藝的篩選手段。應(yīng)該指出: 實地礦山鑿巖試驗數(shù)據(jù)往往也具有相對性，只有在同一地點、同一種機械、相同的操作水平， 數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計處理才有比較可靠的對比性。礦山鑿巖試驗的高壽命結(jié)果，是熱處理工藝選擇的最重要依據(jù)。

B22、B25 六角錐形釬桿的生產(chǎn)工序是：定尺下料→矯正→釬尾擴孔（有加熱擴孔、車床鉆擴孔，熱穿熱拔中空鋼的心孔比較圓時甚至不擴孔）→釬尾平頭倒角→墩釬肩→車錐體→釬尾淬火回火→矯直→防腐處理→包裝出廠。這種生產(chǎn)工序，桿體硬度取決于中空鋼的熱軋硬度，產(chǎn)品壽命波動性大。眾所周知，我國中空鋼生產(chǎn)廠，沒有一家采用控制軋制或軋后控制冷卻工藝。前面已經(jīng)提及55SiMnMo 鋼對高溫加熱后的冷卻非常敏感，廠房內(nèi)冬天和夏天的氣溫差別、冷床的大小和停留時間、生產(chǎn)節(jié)奏的快慢、風扇的擺放位置和遠近距離等等， 再加上55SiMnMo 鋼在標準范圍內(nèi)的化學成分波動都對中空鋼的軋后硬度有很大影響。所以，要保證B22、B25六角釬桿的桿體質(zhì)量和壽命，有必要對桿體進行熱處理。

B22、B25 六角釬桿保證其熱處理后達到HRC40 的工藝方法很多，有調(diào)質(zhì)處理（淬火 高溫回火）、亞溫淬火 中低溫回火、正火處理、表面感應(yīng)加熱淬火等等。從前面分析指出，要55SiMnMo 鋼得到上貝氏體 30%左右富碳殘留奧氏體的顯微組織， 只有正火處理或控制軋制或軋后控制冷卻處理才能保證上述組織，并能得到HRC40 左右的硬度。釬桿是細長桿件，正火處理彎曲度小，所以正火處理是保證桿體硬度最佳、最經(jīng)濟合理的熱處理工藝。正火的方法很多，有中頻感應(yīng)加熱正火、接觸加熱正火、井式爐加熱爐正火、箱式加熱爐正火等等。經(jīng)過比較，只有中頻感應(yīng)加熱正火，容易控制桿體硬度的均勻性。中頻感應(yīng)設(shè)備一般是選擇l00kW 和2500Hz 的設(shè)備。

桿體中頻正火工藝是：880°±20℃， 隨后空冷或風冷（視環(huán)境溫度而定），要注意桿體內(nèi)外表面溫度均勻一致， 正火后硬度控制在HRC36-38，不宜超過HRC42。最佳正火金相組織是上貝氏體 殘留奧氏體， 要保證獲得這種組織往往要經(jīng)常調(diào)整冷卻速度。

另外， 中頻正火處理工序放在釬桿生產(chǎn)流程中那道工序最合適？目前有兩種選擇，一種是在定尺下料矯直后進行，正火后再矯直進入以后工序。這種選擇的優(yōu)點是產(chǎn)品矯直易進行，可在矯直機上矯直，矯直效率高。缺點是存在墩釬肩局部加熱后產(chǎn)生的加熱過度軟區(qū)沒有消除，且錐體車削加工硬度稍高，增加刀具消耗（一般正火硬度要略高于熱軋硬度），且光潔度、精度稍差。另一種選擇是釬尾淬火回火前進行正火處理， 這可基本消除前

面熱加工造成的因局部加熱而產(chǎn)生的過渡軟區(qū)，缺點是在墩釬肩后正火，因釬肩的存在不易矯直、矯直效率低。所以，大批量生產(chǎn)往往選擇前一種：而小批量生產(chǎn)采用后一種。而后一種的產(chǎn)品的壽命和質(zhì)量要高于前一種。

我國釬鋼的大量生產(chǎn)己有近50多年的歷史，而現(xiàn)代化釬具的生產(chǎn)也經(jīng)歷了近40年的發(fā)展。我國釬鋼消耗量占世界各國首位，近年來穩(wěn)定在10萬噸/年左右。目前我國不僅有年產(chǎn)四萬多噸的釬具生產(chǎn)大廠，也有近兩百多家分布于全國各地的釬具生產(chǎn)小廠。產(chǎn)品適應(yīng)了全國現(xiàn)代化經(jīng)濟的發(fā)展， 除少數(shù)品種仍需進口外， 基本滿足了國內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)的需要。從釬具廠的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備來說，有不少廠自行研制了一些釬具生產(chǎn)專用設(shè)備和獨特的釬具生產(chǎn)工藝技術(shù)，也有部分廠吸收或引進了國外釬具生產(chǎn)的先進技術(shù)和設(shè)備。但也有不少釬具廠近似作坊式生產(chǎn)，工藝、技術(shù)和裝備相對落后，其產(chǎn)品在市場上銷售，良莠共存，質(zhì)量、壽命差距很大，這是我國釬鋼消耗量大的一個主要原因，對國家資源也是一種浪費。

我國釬具生產(chǎn)中，釬桿占了很大的比例，按重量計，約占80%以上。而釬桿產(chǎn)品中，B22、B25 六角釬桿（俗稱小釬桿）占近90%的份額，而螺紋連接的接桿釬桿和鉆車釬桿，只占10%左右， 而且還有不少從國外進口（隨機或單獨進口）。

釬桿質(zhì)量的好壞，取決于鋼種、熱處理制釬工藝、釬桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計、不同斷面之間的過渡，甚至過渡圓弧大小等諸多因素。其中釬桿的熱處理，在上述諸多因素中是造成釬桿壽命低或提前失效的主要原因。正確選擇釬桿熱處理工藝，將有效提高我國釬桿產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命、降低消耗，有利于社會綜合效益的提高 。

螺紋釬桿的失效大都在螺紋部位和過渡槽區(qū)域，破壞形式是疲勞斷裂。其中釬桿在螺紋和過渡槽斷裂占2/3， 桿體斷裂占1/3 左右。螺紋釬桿外疲勞斷裂占多數(shù)，而內(nèi)疲勞斷裂占少數(shù)（內(nèi)表面存在冶金缺陷的除外）。螺紋釬桿的失效機理主要是微動磨損和沖擊磨損而形成疲勞源，發(fā)展為疲勞裂紋，疲勞裂紋擴展導(dǎo)致釬桿最后斷裂。所以，螺紋釬桿應(yīng)該具有以下性能：

（1） 高的耐磨性和高的韌性；

（2） 高的疲勞強度和足夠的剛性和彈性；

（3） 低的缺口敏感性和低的疲勞裂紋擴展速率；

（4） 要有一定的高溫硬度和抗高溫軟化性；

（5）要有高的防腐性能和抗腐蝕疲勞的能力。

目前所有鋼種中找不出一個能全面滿足這些要求的鋼種。即使在多種熱處理工藝配合下，有些性能仍然無法滿足。對各國螺紋釬桿的綜合考察分析可知，目前只有低碳高強度合金鋼，經(jīng)螺紋成型加工后進行整體滲碳處理，空冷（或控冷）后兩端螺紋及過渡槽進行淬火和低溫回火，內(nèi)孔和外表面進行噴砂或噴丸后進行防腐處理能獲得較高較穩(wěn)定的壽命。

從資料中所列的螺紋釬桿用鋼，只有20 ~25CrNi3Mo 鋼和24 ~27SiMnNi2CrMo 鋼比較適合作螺紋釬桿。20~25CrNi3Mo 鋼是國內(nèi)外公認的最適合于螺紋釬桿的首選鋼種，它具有高的強度和高的韌性，低的缺口敏感性和低的疲勞擴展速率。經(jīng)整體滲碳后空冷（或控冷）有足夠的剛性和彈性，經(jīng)滲碳淬火、低溫回火有高的耐磨性和高的疲勞強度，若再經(jīng)過有效的防腐處理（如瑞典的SR 處理或靜電噴漆處理）獲得高的抗腐蝕疲勞能力。

該鋼存在的問題是經(jīng)滲碳處理后抗高溫軟化和高溫硬度欠佳，且滲碳淬火后增加了鋼的缺口敏感性。24~27SiMnNi2CrMo 鋼是我國仿制的較好的螺紋釬桿用鋼，若經(jīng)上述的熱處理和防腐處理也能獲得略低于20 ~25CrNi3Mo 鋼的釬桿壽命。至于其他35SiMnMoV、32Si2Mn2MoV 等Si-Mn-Mo 系鋼，雖然有較高的強度和一定的韌性，但比起Cr-Ni-Mo 系鋼有較大的差距。上述Si-Mn-Mo系鋼經(jīng)滲碳淬火后，可增加耐磨性，但缺口敏感性增加，韌性迅速下降，制成的螺紋釬桿脆性斷裂大大增加，釬桿整體壽命大幅度下降。

0.35～0.45%含碳量的高強度合金鋼，國外在二十世紀七八十年代曾用作大直徑的螺紋接桿釬桿， 采用調(diào)質(zhì)處理后中頻（8000-10000Hz）表面淬火工藝。期望獲得韌性和表面耐磨性的配合，但與上面的低碳高強度合金鋼 滲碳淬火工藝路線相比，產(chǎn)品壽命仍有很大的差距（只是在聯(lián)接套的應(yīng)用上取得一定的成功）， 進入九十年代這種鋼和工藝路線配合在國外的螺紋釬桿產(chǎn)品中已很少見到。

綜合國內(nèi)外幾十年的螺紋釬桿研究和生產(chǎn)實踐， 最佳的螺紋釬桿生產(chǎn)工藝路線是低碳高強度合金中空鋼， 經(jīng)成形加工后進行整體滲碳處理，在專用的冷卻罐中控制冷卻，兩端重新進行中頻加熱淬火和低溫回火，然后內(nèi)外表面進行清理，再進行有效的防腐處理。

（1）滲碳工藝

螺紋釬桿進行整體滲碳處理要有足夠深的井式氣體滲碳爐。國內(nèi)已有幾家建成了有效深度4.5～7.0 米的井式氣體滲碳爐， 采用滴注式氣體滲碳。國外大部分用氣源式。滴注式氣體滲碳所采用滴注液配方很多:有甲醇 煤油、甲醇 丙酮、甲醇 甲苯、甲醇 醋酸乙脂、煤油 空氣、甲醇 異丙醇（或同時加少量空氣）等等。一般是用甲醇 丙酮;煤油 空氣成本最低，但表面含碳量偏高和容易出現(xiàn)碳黑。較理想的是甲醇 醋酸乙脂的滴注液配方而且便于滲碳過程的碳勢控制。甲醇 甲苯是滲碳能力很強的滴注液。上述各種配方可根據(jù)各廠的經(jīng)驗、使用習慣和生產(chǎn)實際選擇。

滲碳溫度是：920～930℃±10℃， 有的廠采用890℃±10℃，溫度高、滲碳速度快、時間短、生產(chǎn)周期快。溫度低一點、滲碳時間長但爐罐使用壽命時間長且表面含碳量易控制在理想范圍， 螺紋釬桿滲碳層厚度一般控制在0.6～0.9 毫米， 釬桿直徑大取上限， 直徑小取下限（滲碳層厚度按>HV500 的厚度計算）。滲碳層表面含碳量最好控制在0.8～0.85%，一般不允許超過0.95%。

滲碳層表面含碳量的控制對螺紋釬桿是十分重要的。滲碳層表面含碳量的控制往往是通過爐內(nèi)碳勢來控制。碳勢的高低與選用的滴注液配方有關(guān)，也與滲碳溫度有關(guān)；滲碳溫度高、碳勢高、滲碳速度快；溫度低、碳勢低、滲碳速度稍低。螺紋釬桿滲碳層的表面含碳量過高，會出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物，增加滲碳層的脆性和缺口敏感性；淬火后也會出現(xiàn)粗大的馬氏體和過多的殘留奧氏體，造成釬桿表面硬度低和耐磨性降低。表面含碳量過高勢必造成碳深度坡度曲線變陡，容易造成滲碳層的剝落。

計算機控制技術(shù)在滲碳熱處理過程的應(yīng)用， 解決了一系列的滲碳熱處理質(zhì)量控制問題?？梢酝ㄟ^微機控制：爐內(nèi)碳勢（≤0.05%C）、溫度（精確度≤5℃，大爐子），滲碳層厚度（≤0.1 毫米）以及時間、流量、超溫報警等諸多參數(shù)控制。保證釬桿滲碳質(zhì)量的高要求。

（2） 滲碳后的冷卻

滲碳后的控制冷卻，主要目的是保證釬桿體獲得較均勻的硬度，防止冷卻過程中釬桿表面過份氧化或脫碳。國外螺紋釬桿專用滲碳爐，配有專門設(shè)計的控制冷卻裝置，可以控制和調(diào)節(jié)不同的冷卻速度，以保證不同直徑品種的冷卻要求，而達到所規(guī)定的硬度要求和組織要求。國內(nèi)個別廠家對原有的井式氣體滲碳爐的冷卻系統(tǒng)進行了技術(shù)改造。國內(nèi)大部分廠家多采用罐冷、空冷式風冷，桿體硬度隨品種和裝爐量的不同波動比較大、均勻性也欠佳、給釬桿產(chǎn)品的彈性、剛性和使用壽命造成影響，應(yīng)引起有關(guān)廠家的重視。

長釬桿經(jīng)整體滲碳后冷卻會出現(xiàn)較大的彎曲，給釬桿矯直增加了不少困難，而冷卻后要保證釬桿有好的剛性和彈性，要求硬度在HRC40 左右， 彎曲的HRC40 的釬桿難于矯直，增加了矯直的工作量。大批量生產(chǎn)要配備效率高的矯正機。

在滲碳質(zhì)量管理上，每爐要有隨爐試樣，作為該爐滲碳質(zhì)量檢查樣品，并進行金相分析、滲碳層厚度測量、表面網(wǎng)狀碳化物的評級等，并進行生產(chǎn)記錄和備查。

（3） 滲碳后的熱處理

釬桿整體滲碳后，為了提高兩端螺紋部位的耐磨性和疲勞強度，要進行淬火和低溫回火處理，其淬火、回火工藝是：840～860℃±20℃淬油 200～220℃回火。

淬火加熱最好采用中頻感應(yīng)加熱，加熱長度略超過過渡槽（或搬柄槽），淬火后表面硬度應(yīng)≥HRC58；回火，建議采用低溫鹽浴爐，回火后硬度≥HRC56。淬火回火后的釬桿要進行最終精矯直、表面清理和防腐處理。

（4）其他熱處理工藝

目前國內(nèi)一些釬具生產(chǎn)廠，受投資或條件的限制，不具備深井式氣體滲碳爐，無法采用滲碳熱處理工藝，而又要生產(chǎn)螺紋釬桿，有些廠采用國產(chǎn)35SiMnMoV 鋼，常規(guī)淬火回火工藝或等溫淬火 回火工藝生產(chǎn)螺紋釬桿。

實踐證明，這種生產(chǎn)工藝路線，只能滿足螺紋釬桿的部分性能要求， 產(chǎn)品壽命與上述低碳高強度合金鋼 滲碳熱處理工藝路線的產(chǎn)品相比有較大的差距。

此外，也應(yīng)該指出：中空鋼的生產(chǎn)工藝和冶金質(zhì)量， 對螺紋釬桿的質(zhì)量和壽命有著重大的影響， 凡是造成中空鋼或釬桿內(nèi)孔和外表面缺陷的因素，都會降低釬桿的使用壽命，凡是減少內(nèi)孔和外表面缺陷或強化內(nèi)孔和外表面的因素，都能有效提高釬桿的使用壽命。

最后指出： 低碳高強度合金鋼經(jīng)滲碳和淬火回火熱處理 噴丸處理和防腐處理是目前最佳的螺紋釬桿制釬工藝。但低碳高強度合金鋼經(jīng)滲碳淬火回火處理， 雖然增加了螺紋釬桿的表面硬度、耐磨性、疲勞強度，同時也使螺紋釬桿表面的缺口敏感性增加。這一工藝也未能滿足螺紋釬桿在鑿巖過程中，聯(lián)接套與釬桿螺紋之間的高頻撞擊所產(chǎn)生高熱的抗軟化能力。所以，螺紋釬桿仍有課題需要進行深入的研究 。2100433B

《液壓鑿巖機用釬桿產(chǎn)品質(zhì)量分等(MT/T 533-1996)》由中國標準出版社出版。2100433B