Высокопрочные болты, гайки, пружины и цепи получают класс прочности холодной высадкой, накаткой резьбы и улучшением или цементацией; обезуглероженные и науглероженные слои в корне резьбы и на стержне напрямую снижают усталостную долговечность и составляют ядро металлографического контроля крепежа. Для штампованных металлоизделий важнее величина зерна, полосчатость и поверхностные дефекты. Автомобильная отрасль, ветроэнергетика и строительная техника постоянно повышают требования к надёжности крепежа, и наблюдение в сечении наклёпанного слоя в корне резьбы, фосфатных покрытий и покрытий Dacromet тоже становится рядовой задачей. Темп серийного производства крепежа высок, и от эффективности приготовления образцов и контроля зависит, удастся ли внедрить менеджмент качества.
Типичные объекты контроля
- Высокопрочные болты классов 8.8/10.9/12.9 из 42CrMoA и B7
- Высокопрочные гайки из 35CrMo, 40Cr
- Пружинная проволока и листовые рессоры из 60Si2MnA, 50CrVA
- Цементированные пальцы и втулки цепей из 20CrMnTi, 20MnCr5
- Болты ступиц колёс для ветроэнергетики и автомобилей из SCM435
- Штампованные металлоизделия из 08Al, SPCC
Трудности контроля
- Измерение обезуглероженного слоя по нормали к дуге в корне резьбы крайне чувствительно к ориентации сечения — косой рез искажает показания глубины;
- На накатанной резьбе есть слой пластического течения; когда обезуглероживание соседствует с науглероживанием, контраст структур слаб и от глубины травления прямо зависит интерпретация;
- Диаметр пружинной проволоки мал (может быть менее 2 mm): при запрессовке и шлифовке сложно сохранить поперечное сечение, а скругление кромки мешает измерению обезуглероживания;
- У цементированных пальцев большая разница твёрдости слоя и сердцевины — при шлифовке и полировке легко возникает рельеф, мешающий определять глубину слоя;
- Высокопрочные болты тверды, и нагрев при приготовлении может создать локальные отпущенные зоны-артефакты — резка требует обильного охлаждения.
Рекомендуемый маршрут приготовления образцов и контроля
По GB/T 3098.1 образцы режут вдоль оси резьбы на низкоскоростном прецизионном станке с алмазным кругом на смоляной связке и обильным охлаждением; образцы малого диаметра закрепляют холодной запрессовкой. Шлифовка SiC-бумагами от P240 до P2000, полировка алмазом 9 → 3 → 1 мкм. Обезуглероженный и цементированный слои проявляют 4% ниталом и измеряют по GB/T 224 металлографически при 100–400× (полное и общее обезуглероживание); при разногласиях арбитраж — метод микротвёрдости HV0.3; глубину цементированного слоя определяют по GB/T 9450 методом твёрдости с пределом 550 HV. Закалённую и отпущенную структуру оценивают по GB/T 13298 (уровень мартенсита и свободный феррит сердцевины), класс прочности подтверждает твёрдость по Роквеллу (HRC). У штампованных изделий определяют величину зерна по GB/T 6394, проверяют полосчатую ликвацию и микротрещины на поверхности, при необходимости наблюдая неметаллические включения в тёмном поле.
Ссылочные стандарты
- GB/T 3098.1 Механические свойства крепежа. Болты, винты и шпильки
- GB/T 224 Сталь. Метод определения глубины обезуглероженного слоя
- GB/T 9450 Определение и контроль глубины упрочнённого слоя стальных деталей после цементации и закалки
- GB/T 13298 Методы металлографического исследования микроструктуры металлов
- GB/T 13299 Методы оценки микроструктуры стали
Приведенные методы и параметры — пример применения для обсуждения методики, а не фиксированный технологический рецепт; фактический маршрут приготовления образцов, травители и приёмочные показатели подтверждают с учётом материала, размеров и цели контроля конкретного образца.
Типовые сценарии контроля
Decarburization measurement at the thread root of a 42CrMoA class-10.9 high-strength bolt
- Сложные случаи
- Decarburization inspection requires a longitudinal section along the thread axis with the measurement direction normal to the surface, and a tilted cut systematically inflates depth readings; a plastically flowed layer exists on rolled threads and structural contrast is faint when decarburization and recarburization coexist; the high-strength quenched-and-tempered matrix is hard, so polishing heat and uneven etching interfere with judging the boundaries of complete and total decarburization.
- Методика подготовки и контроля
- Take a longitudinal section along the thread axis per GB/T 3098.1 on a low-speed precision saw with a resin-bonded diamond wheel and ample cooling, ensuring the cut passes through the thread roots; cold mount upright. Grind with SiC papers from P240 to P2000 and polish with 9, 3 and 1 μm diamond to a mirror finish without heating. Etch with 4% nital and measure the complete and total decarburized depth at the thread root in bright field at 100–400× by the microscopic method of GB/T 224, arbitrating doubtful boundaries with the HV0.3 microhardness profile method; rate the core tempered sorbite per GB/T 13298 on the same section, verify the property class by Rockwell HRC, and issue a combined verdict.
- Ссылочные стандарты
- GB/T 3098.1 Mechanical properties of fasteners — Bolts, screws and studs; GB/T 224 Determination of depth of decarburization of steels; GB/T 13298 Metallographic examination methods for metals
Complete decarburization and quenched-and-tempered structure inspection of 60Si2MnA spring wire
- Сложные случаи
- The wire is small (under 3 mm) and a true transverse section is hard to keep during mounting and grinding, while edge rounding distorts complete-decarburization readings; silicon-manganese spring steel decarburizes readily, the fully decarburized ferrite layer is thin with a gradual transition into the partial decarburization zone, and etching depth directly changes the reading; the quenched-and-tempered structure is fine and requires high magnification to resolve lath morphology.
- Методика подготовки и контроля
- Cut the wire normal to its axis on a low-speed precision saw with a resin-bonded diamond wheel and ample cooling; cold mount with same-grade fine wires as auxiliary support to keep the section upright. Grind with SiC papers from P400 to P2000, polish with 3 μm and 1 μm diamond, and finish with 0.05 μm colloidal silica if needed. Etch with 4% nital, measure complete and total decarburized depth at four evenly spaced circumferential positions in bright field at 200–500× per GB/T 224 and take the maximum; observe the tempered troostite/sorbite morphology above 500× and rate it per GB/T 13298; measure the surface-to-core hardness gradient by micro-Vickers at HV0.3, and judge the wire surface quality from structure, layer depth and hardness.
- Ссылочные стандарты
- GB/T 224 Determination of depth of decarburization of steels; GB/T 13298 Metallographic examination methods for metals; GB/T 13299 Steel — Determination of microstructure
Class 10.9 42CrMoA high-strength bolt for wind tower flanges
- Сложные случаи
- Decarburization must be measured normal to the flank at the thread root fillet, making section orientation critical — a skewed cut distorts the depth reading; the rolled-thread flow layer contains both decarburization and carburization with weak structural contrast, so etch depth strongly affects interpretation; the bolt is very hard and preparation heat can create local tempering artefacts.
- Методика подготовки и контроля
- Section the full thread profile longitudinally along the bolt axis on a low-speed precision saw with a resin-bonded diamond wheel and ample coolant; cold mount the section. Grind with SiC papers from P240 to P2000 and polish with 9 μm, 3 μm then 1 μm diamond. Etch with 4% nital and measure total and complete decarburization at the thread root and flanks at 100–400× per GB/T 224; in case of dispute, arbitrate with an HV0.3 microhardness profile; verify the strength class with Rockwell testing and rate the tempered sorbite core per GB/T 13298.
- Ссылочные стандарты
- GB/T 3098.1 Mechanical properties of fasteners — Bolts, screws and studs; GB/T 224 Steel — Determination of depth of decarburization; GB/T 4340.1 Metallic materials — Vickers hardness test
20CrMnTi carburized and hardened chain pin
- Сложные случаи
- The pin is small in diameter with a large case-to-core hardness difference, so polishing readily produces relief and edge damage; the effective case depth must be defined by the hardness method, with the first indentation row close to the surface but clear of any edge rounding; high-volume production demands a fast, stable preparation routine.
- Методика подготовки и контроля
- Cut a small transverse section across the pin axis at low speed with ample coolant; cold mount to protect the edges. Grind from P400 to P2000, polish with 3 μm then 1 μm diamond and finish with 0.05 μm colloidal silica if needed. Lightly etch with 4% nital and examine the case martensite, retained austenite, carbides and core structure; run a radial HV0.5 microhardness profile with the first point about 0.05 mm from the surface and a 0.1 mm step, and interpolate the effective case depth at the 550 HV1 limit per GB/T 9450.
- Ссылочные стандарты
- GB/T 9450 Determination and verification of the depth of carburized and hardened cases of steel parts; GB/T 13298 Metallographic method for microstructure inspection of metals; GB/T 4340.1 Metallic materials — Vickers hardness test
Сценарии — примеры методик, а не отчёты заказчиков; режим определяется при оценке образца.
Учебные материалы MICROCRE · режим уточняйте по оценке образца и регламенту работ.