确定scm435钢高温固态碳扩散系数的方法
【专利摘要】本发明涉及一种确定SCM435钢高温固态碳扩散系数的方法。按照以下步骤进行：将试样在1.013×105Pa的大气压下，加热至900~1100℃并保温40~90min，进行高温脱碳模拟实验，确定脱碳层及氧化层厚度。将脱碳层中碳浓度降至0.298~0.315%处规定为脱碳层的起点。通过菲克第二准则推导出简单快速求解碳扩散系数的计算公式。通过相同的实验状态、实验材料，在相同的固相中，一定的温度区间内，其扩散系数具有相对的唯一性，根据这种唯一性验证模型的准确性。
【专利说明】确定SCM435钢高温固态碳扩散系数的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种确定SCM435钢高温固态碳扩散系数的方法，属于钢铁材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]众所周知，一台发动机需要许多紧固件进行连接固定。比如一辆轿车平均用紧固件1500个约50公斤，费用约占整车成本的2.5~3%。一辆中卡或重卡车平均需要各种紧固件90公斤，中国汽车紧固件需求量达到180-200亿件，总量将达40-45万吨，产值在百亿元以上。对于高端发动机螺栓来说，主要有连杆螺栓、缸盖螺栓、主轴承盖螺栓与飞轮螺栓。每台发动机(按四缸估算)，需要8个连杆螺栓、10个缸盖螺栓、10个轴承螺栓、6个飞轮螺栓，每个螺栓重量约60克，总计约2公斤。全国每年按2000万辆车计算，需要高端发动机紧固件总件数在61亿件。
[0003]目前国内乘用车、高端商用车、飞机、轮船、火车等12.9级高强度发动机螺栓用钢一直依赖国外进口，这种关键部位的高级别螺栓钢主要以SCM435冷镦钢为主，这种钢对脱碳等表面质量的要求近乎苛刻，属于有特殊要求的高级冷镦钢，而在实际生产中，由于高温扩散，盘条表面很容易产生脱碳现象。
[0004]目前对于螺栓钢领域，研究较多的为装配技术、力学性能、连接方法、热处理等，如ZL00105872.X号专利，公开了一种耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢。ZL200410074410.7号专利，公开了一种耐延迟断裂和冷加工性能优良的高强度螺栓钢；ZL200510028318.1号专利，公开了一种通过热处理，得到亚临界汽轮机螺栓钢细晶粒处理工艺方法；CN102587538A号专利，公开了一种狗骨式端板螺栓钢连梁联肢剪力墙的方法；CN200920104882.0号专利，公开了一种发动机螺栓装配机；CN201220266903.0号专利，公开了汽车发动机螺栓、螺母拆卸安装练习器。
[0005]另外，关于扩散技术专利，公布较多的为一种装置、或气体液体的扩散系数的测试工艺等，如CN102621039B号专利，公开了一种双流气准静态法测量气体扩散系数的方法；CN101319979B号专利，公开了一种利用毛细管电泳仪速测物质在液相中扩散系数的方法；CN102445406A号专利，公开了一种测量液相扩散系数的方法及装置；CN102809526A号专利，公开了一种测量二氧化碳在饱和油岩心中扩散系数的方法；CN102706779A号专利，公开了一种测量二氧化碳在岩石中扩散系数的方法；CN103472507A号专利，公开了一种基于非对称液芯柱透镜精确测量液体折射率及液相扩散系数的方法；CN1566993A号专利，公开了扩散物质的扩散状况预测方法及扩散状况预测系统，该方法可以预测排往大气中的扩散物质的扩散状况；CN1773246A号专利，公开了一种扩散系数测定仪，可以测试油气勘探中岩石扩散系数。
[0006] 故有必要对高端螺栓钢SCM435钢的碳扩散系数进行测试，从而预测其高温碳扩散行为，为该钢种的加热工艺、在线冷却工艺、热处理工艺优化提供理论基础。
【发明内容】
[0007]确定SCM435钢高温固态碳扩散系数的方法，其工艺步骤包括:
X试样制作步骤，
I试样加热步骤，
I试样保温步骤，
I快速冷却步骤；
I结果计算步骤；
⑥结果验证步骤；
其特征在于，其中试样制作步骤为将工业生产的高强度螺栓钢SCM435钢热轧盘条加工成Φ12πιπιΧ15πιπι圆柱体热模拟试样，并在试样中间表面焊接热电偶，在热模拟机上进行丰吴拟实验；
试样加热步骤为用电阻加热法在1.013 X IO5Pa的大气压下，避免试样在加热阶段产生脱碳，将试样从常温快速加热到90(Tll(KrC ；
试样保温步骤为在1.013X IO5Pa的大气压下，为促进脱碳层的产生及生长，进行40~90min的保温；
快速冷却步骤为将试样从保温温度以大于5°C /s的冷速快速冷却到室温，以避免试样在冷却阶段产生脱碳，实验后测量氧化层及脱碳层厚度；
结果计算步骤为由公式:
【权利要求】
1.确定SCM435钢高温固态碳扩散系数的方法，其工艺步骤包括: ?.试样制作步骤， I试样加热步骤， I试样保温步骤， I)快速冷却步骤；
结果计算步骤； ⑥结果验证步骤； 其特征在于，其中试样制作步骤为将工业生产的高强度螺栓钢热轧盘条加工成Φ 12mmX 15mm圆柱体热模拟试样,并在试样中间表面焊接热电偶； 试样加热步骤为在1.013X IO5Pa的大气压下将试样加热到90(Tl100°C ； 试样保温步骤为在1.013 X IO5Pa的大气压下保温4(T90min ； 快速冷却步骤为将保温后的试样以大于5°C /s的冷速在快速冷却至室温； 结果计算步骤为由公式:
【文档编号】G01N13/00GK103940704SQ201410160014
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】徐东, 郑冰 申请人:河北工程大学
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