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一、熱處理工藝對提高螺栓疲勞強度的影響
一直以來，汽車緊固件就以品種繁多、型式多樣、規(guī)格不一的基本特征為主，它的選擇和使用涉及到結構分析、連接設計、失效與疲勞分析、腐蝕要求和裝配方法，以及相關的產品質量控制與試驗等，這些因素在很大程度上決定了汽車產品的最終質量與可靠性。
汽車高強度螺栓的疲勞壽命一直是受到重視的問題，數(shù)據(jù)表明螺栓的失效絕大多數(shù)是由于疲勞破壞引起的，且疲勞破壞時螺栓幾乎無征兆，因此重大事故很容易在產生疲勞破壞時發(fā)生。熱處理能夠優(yōu)化緊固件材料性能，使其疲勞強度提高，針對高強度螺栓越來越高的使用要求，通過熱處理提高螺栓材料的疲勞強度更顯十分重要。
1.材料疲勞裂紋的萌生
疲勞裂紋最先開始的地方稱為疲勞源，疲勞源對于螺栓微觀結構組織很敏感，能在很小的尺度下萌生疲勞裂紋，一般在3～5個晶粒尺寸內，螺栓表面質量問題是主要的疲勞源，大部分的疲勞始于螺栓表面或者亞表面。螺栓材料晶體內部存在的大量位錯和一些合金元素或雜質，晶界強度差異，這些因素都有可能導致疲勞裂紋萌生。研究表明，疲勞裂紋易發(fā)位置有：晶界、表面夾雜物或第二相顆粒、空洞，這些位置都與材料復雜多變的微觀組織有關。如果熱處理后能夠改善微觀組織，那么就能在一定程度上提高螺栓材料的疲勞強度。
2.脫碳對疲勞強度的影響
螺栓表面脫碳會降低淬火后螺栓的表面硬度、耐磨性，并顯著降低螺栓疲勞強度。GB/T3098.1標準中就有針對螺栓性能的脫碳試驗，并規(guī)定最大脫碳層深度。在分析35CrMo輪轂螺栓斷裂失效原因時，發(fā)現(xiàn)在螺紋與桿部交接處是因為存在脫碳層。Fe3C在高溫下能與O2、H2O、H2發(fā)生反應導致螺栓材料內部Fe3C的減少，從而增加了螺栓材料的鐵素體相，降低螺栓材料強度，容易引發(fā)微裂紋。在熱處理過程中控制好加熱溫度，同時必須采用可控氣氛保護加熱能夠很好地解決這一問題。
3.熱處理對疲勞強度的影響
螺栓表面的應力集中會降低其表面強度，在受到交變的動載荷時，在缺口應力集中部位不斷發(fā)生微變形和恢復的過程，且其受到的應力遠遠大于無應力集中的部位，從而容易導致疲勞裂紋的產生。
緊固件通過熱處理調質改善顯微組織，并具有優(yōu)良的綜合力學性能，可以提高螺栓材料的疲勞強度，合理控制晶粒尺寸以保證低溫沖擊功，也能獲得較高的沖擊韌性。合理的熱處理細化晶粒，縮短晶界距離能阻止疲勞裂紋的產生，在材料內部如果存在一定量的晶須或第二項顆粒，這些加入的相便可以在一定程度上阻止駐留滑移帶的滑移，從而阻止了微裂紋的萌生和擴展。
二、熱處理用淬火介質與加工介質
汽車高強度緊固件在技術上有一系列特點：高精度等級；服務條件嚴酷，它將隨主機一起常年經(jīng)受嚴寒和極端溫差的影響，承受高溫、低溫的侵蝕；靜載、動載、超載、重載和環(huán)境介質的腐蝕，除受到軸向預緊拉伸載荷的作用外，還會在工作中受到附加的拉伸交變載荷、橫向剪切交變載荷或由此復合而成的彎曲載荷的作用，有時還受到?jīng)_擊載荷；附加的橫向交變載荷會引起螺栓的松動，軸向交變載荷會引起螺栓的疲勞斷裂，軸向拉伸載荷會引起螺栓的延遲斷裂，以及高溫條件下引起螺栓的蠕變等。
大量的失效螺栓表明，服役中為沿螺栓頭部與桿部的過渡處斷裂；沿螺栓桿部螺紋與桿部交接處被拉斷；還有沿螺紋部分滑扣。金相分析：螺栓表面與心部有較多未溶鐵素體，在淬火奧氏體化不充分，基體強度不夠和應力集中是失效的重要原因之一。為此，保證螺栓截面淬透和組織均勻性是非常重要的環(huán)節(jié)。
淬火油的功能是將赤熱的金屬螺栓的熱量迅速帶走，使之降至馬氏體轉變溫度下獲得高硬度的馬氏體組織和硬化層深度，同時亦要兼顧減少螺栓的變形和防止開裂。因此淬火油的基本特性就是“冷卻特性”，其特點就是高溫階段的冷速較快，而低溫階段冷速較慢，這一特性很適合合金結構鋼≥10.9級以上高強度螺栓的淬火要求。
快速淬火油在使用中因產生熱分解，氧化和聚合反應，從而導致冷卻特性的變化，油中含有微量水分將嚴重影響油的冷卻性能，造成淬火后緊固件光亮度下降，硬度不均，產生軟點甚至開裂傾向。研究表明，油淬產生的變形問題部分是因油中含水造成的。此外，油中含水還加速了油的乳化變質和促進油中添加劑的失效。當油中含水量≥0.1%時，油受到加熱時有可能使聚集在油槽底部的水達到沸點后，體積突然膨脹，易造成油溢出淬火油槽而引發(fā)火災。
對于連續(xù)式網(wǎng)帶爐使用的快速淬火油，根據(jù)3個月間隔試驗所積累的淬火特性數(shù)據(jù)，有可能建立油的穩(wěn)定性及淬火特性圖，確定淬火油的合適使用壽命，預測與淬火油性能變化有關的問題，從而減少因淬火油性能變化造成的返工或廢品損失，使其成為生產的一種常規(guī)控制方法。而淬透深度直接影響著熱處理后螺栓的質量，當材料的淬透性較差，冷卻介質的冷速較慢而螺栓尺寸又較大時，淬火時螺栓心部不可能全部淬成馬氏體組織，降低了心部區(qū)域的強度水平，尤其是屈服強度。這對于沿整個截面承受均勻分布拉伸應力的螺栓而言，顯然是非常不利的。淬透性不足降低了強度，金相檢驗發(fā)現(xiàn)，心部存在先共析鐵素體和網(wǎng)狀鐵素體組織，說明螺栓淬透性需要加強。眾所周知，增加淬透性的兩種方式，提高淬火溫度；增加淬火介質的淬硬能力，都能有效增加螺栓的淬透深度。
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