导读：钢是含碳量在0.0218%-2.11之间的铁碳合金。碳存在于所有的钢材中，无碳不钢。碳元素在钢材中的作用是双向的，随着碳含量的增高，材料的屈服点和抗拉会逐渐提高，硬度和耐磨性也会提高，但是可塑性和冲击性却会降低。因此，碳含量需要根据不同的材料用途而量身定做。
紧固件在生产过程中要进行热处理，会发生脱碳或增碳的现象，过高的含碳量和过低的含碳量都会改变紧固件的性能。本文分别介绍紧固件的脱碳和增碳的概念、发生原因、对紧固件性能影响和试验方法。
一、紧固件脱碳
通常，把黑色金属材料（钢）表面碳的损耗成为脱碳。脱碳分为全脱碳、不完全脱碳。全脱碳是碳全部损耗，在金相检查中只能看到铁素体组织的脱碳。不完全脱碳是由于碳的损耗已使回火后金相组织轻度变色，且硬度明显地比相邻基体硬度低的脱碳。
紧固件表面硬度，如果比它的芯部硬度低30个HV（维氏硬度值）就认为零件已经脱碳。表面是否脱碳可用来控制紧固件热处理工艺质量，本身并不反映紧固件的强度性能，8.8级及其以上经热处理的紧固件才需要检查该指标。
紧固件原材料在轧制过程会脱碳，如果退火不当，更会使原材料脱碳层加深。调质热处理过程中，一般会从炉外带进来一些氧化气体。
棒料钢丝的铁锈或冷拔后盘条钢丝表面上的残留物，入炉加热后也会分解，反应生成一些氧化性气体。例如，钢丝的表面铁锈，它的成分是碳酸铁及氢氧化物，在加热后将分解成CO2及H2O ，从而加重了脱碳。
研究表明，中碳合金钢的脱碳程度较碳钢严重，而最快的脱碳温度在700－800摄氏度之间。由于钢丝表面的附着物在一定条件下分解化合成CO2 和H2O 的速度很快，如果连续式网带炉炉气控制不当，也会造成螺丝脱碳超差。
高强度紧固件当采用冷镦成形时，原材料和退火的脱碳层不但仍然存在，而且被挤压到螺纹的顶部，对于需要淬火的紧固件表面，得不到所要求的硬度，其强度和耐磨性会降低；钢丝表面脱碳，表层与内部组织不同而具有不同的膨胀系数，淬火时有可能产生表面裂纹；脱碳层由于碳被氧化，金相组织其渗碳体（Fe3C）的数量较正常组织少，因此在力学性能上其强度或硬度较正常组织低。表面脱碳有可能导致紧固件螺纹强度降低或脱扣，造成失效。
对比无表面脱碳和有表面脱碳情况下螺栓的疲劳强度。通常存在表面脱碳情况下螺栓的疲劳强度下降19.8%。紧固件热处理时应防止脱碳现象的发生，所以进行紧固件脱碳试验是十分必要的。
在淬火加热时要保护螺纹顶部不脱碳，还要对原材料已脱碳的紧固件进行适度的复碳，把网带炉中的保护气氛的优势调到和被复碳的零件原始含碳量基本相等，使已脱碳的紧固件慢慢恢复到原来的含碳量，碳势设定在0.42％－0.48％为宜，复碳温度与淬火加热相同，不能在高温下进行，以免晶粒粗大，影响机械性能。
表面碳量的状态有两种方法可以测定：
1、金相法
适用于所有规格的8.8级~12.9级紧固件。金相法可以测定螺纹全脱碳层的深度G和螺纹未脱碳层的高度E（图1）。
试件的制备、试验程序和技术要求可参考GB3098.1-2010 紧固件 螺栓、螺钉和螺柱机械性能。全脱碳层的最大深度G 和不完全脱碳层的高度都要符合标准中规定的要求。
2、硬度法
只适用于螺距P³1.25mm的8.8级~12.9级的紧固件。
1)、按照图2所示测量第1点和第2点的维氏硬度。试验力为2.942N（维氏硬度试验HV0.3）。
2)、第2点的维氏硬度值HV（2）应该大于或等于第1点的维氏硬度值HV（1）减去30个维氏单位。HV（2）³ HV（1）-30时没有脱碳, HV（2）£ HV（1）-30时,认定已经脱碳。
3)、螺纹未脱碳层的高度E应符合标准规定的技术要求，全脱碳层达到标准规定的最大值时，不能采用硬度测量法。
4)、试件的制备、试验程序可参考GB3098.1-2010 紧固件 螺栓、螺钉和螺柱机械性能。
二、紧固件增碳
紧固件基体金属表面增加碳含量的结果称为增碳。GB3098.1中的螺栓、螺钉和螺柱机械性能和物理性能-表面硬度HV0.3对8.8级及以上的紧固件规定了最高表面硬度：表面硬度不应比芯部硬度高出30个维氏硬度值，同时10.9级的表面硬度不应该大于390 HV0.3，12.9级的表面硬度不应该大于435 HV0.3。
最高表面硬度是用来控制热处理工艺质量的-表面是否增碳。所以进行最高表面硬度试验是十分必要的。
造成表面增碳主要是因为零件在可控气氛的热处理炉中加热时，炉内保护气体的碳势控制不当或者对已脱碳的表面进行复碳时使表面碳还原的碳量过高。
过高的含碳量将会使表面硬度增加，导致紧固件脆性断裂或降低疲劳强度，所以增碳是有害的，应该仔细区分硬度的增加是由于增碳还是热处理或表面冷作硬化而引起的，例如热处理后碾制螺纹。
两种方法可进行增碳试验：
1、在纵向截面上测定硬度：只适用于螺距P³1.25mm的8.8级~12.9级的紧固件
1）按照脱碳试验中的要求制备试件，但不需要腐蚀和去除表面镀层。2） 按照图2所示测量第1点和第3 点的维氏硬度。试验力为2.942N（维氏硬度试验HV0.3）。如果是在硬度法脱碳试验中已经使用过的试件，则第3点的硬度应在螺纹螺距线上，并在测定第1点和第2点硬度相邻的牙上进行。3）第3点的维氏硬度值HV（3）应该等于或小于第1点的维氏硬度值HV（1）加上30个维氏单位。HV（3）£ HV（1）+30时没有增碳, HV（3）³HV（1）+30时,认定已经增碳。
2、适用于所有规格的8.8级~12.9级紧固件
1) 在紧固件的头部或末端用研磨或抛光准备一个适当的平面，以确保材料表面原始特征的复现与保持。从距螺纹末端1d处截取一个横截面，并经适当制备。2）使用试验力为2.942N（维氏硬度试验HV0.3）在制备的表面上测定表面硬度，在横截面上测定基体金属硬度。3）表面硬度值应该等于或小于基体金属硬度加上30个维氏单位。如果表面硬度值应该大于基体金属硬度加上30个维氏单位，就认定已增碳。4）10.9级紧固件的表面硬度不应该大于390 HV0.3，12.9级的表面硬度不应该大于435 HV0.3。
三、在螺纹横截面上测定基体金属硬度
金属基体硬度是恰好在显示增碳或脱碳造成硬度增加或减小之前最接近表面的硬度。从距螺纹末端1d处截取一个横截面，并经适当制备。在半径与轴心线间的区域内测定硬度，如图3。
四、不同的硬度试验
硬度试验主要有以下三种：布氏硬度试验按GB/T231.1的规定、洛氏硬度试验按GB/T230.1的规定、布氏硬度试验按GB/T4340.1的规定。
来源：GAF螺丝君
