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冷镦机用钢的材料改制过程

作者:温州金诚冷镦标准件有限公司  来源:http://www.wzjcsj.com  更新时间:2016-4-9 11:50:35  点击次数:

冷镦机用钢的材料改制过程

冷镦机用钢的材料改制过程是冷镦机生产工艺流程中的重要组成部分,直接影响到冷镦机产品的质量和生产的正常进行。材料改制的工艺流程大致如下:
⑴材料改制热处理
冷镦机用钢根据材料改制过程加工工艺要求和热处理前后次序不同,主要分为:钢材热处理、中间热处理和成品线材处理(对材料有特殊要求时采用)。
钢材热处理是对热轧钢材在冷拉拔之前的预先热处理。其目的在于:改善钢材的原始组织,减低钢材硬度,提高钢材塑性,以满足冷拔变形的需要。对于中碳钢以下(C<0.25%)的碳素结构钢和部分低合金结构钢,如果不存在其他缺陷,因其硬度较低,塑性较好,一般不预先进行热处理。但是,为了钢材在材料改制过程中工艺性的稳定,许多工厂不论热扎钢材是否存在缺陷,全部先进行热处理。
对于含碳或合金元素较高的钢种(45钢以上的碳素钢和绝大部分合金钢),在热轧后空冷条件下,其硬度较高,塑性较差,给冷拔变形造成困难,不仅会增加拉拔力和拉丝模的磨损,而且往往由于钢材的硬度较高,塑性较低,冷拔时,钢材内部或表面形成裂纹,造成废品(这些钢材在热轧后多具有粗大片状珠光体或网状渗碳体,在拉拔过程中渗碳体易被破碎)。
⑴低温退火
⑵完全退火
⑶球化退火
 ⑵材料改制对产品质量的影响
材料改制对产品质量的影响很大。螺栓类杆类零件的“断头”缺陷、冷镦机件表面的开裂缺陷是冷镦机生产中主要的废品现象,引起这类缺陷的原因有些是材料准备过程中所引起的。
⑶螺栓断头的产生原因及其控制
按照GB3098.1国家标准,对不经热处理的冷镦机螺栓要进行头部坚固性试验。在试验中,螺栓头部的断裂现象称为“断头”。断头一般表现为两种形式:头部起夹层而导致开裂;头杆结合部或毗邻部位的断裂。
工件头部起夹层而引起的开裂的原因较简单,一般是冷镦机工艺不当所致。当预镦工序的冲模与凹模的中心位置调整不当,使预镦件头、杆同轴度差,头部形成明显的歪斜,在成形时会产生废品。如线材直径偏小,是镦锻比增加,在镦粗时易发生纵向弯曲,使金属流线紊乱,晶粒间的有机联系被分离,也会产生断头现象。对于因冷镦机工艺不当引起的断头,只要改进工艺设计即可。
头杆结合部的断裂,有些是材料改制过程忠的原因所致。生产实践和试验研究表明,钢材冷变形性能的好坏对工件的质量起决定性作用。钢材质量由两方面形成:一是钢厂出厂的钢材性能必须具备冷镦机用钢的要求;另一方面是钢材在改制过程中必须有利于保护或提高钢材的冷镦机性能。
钢材原始组织缺陷常见的有:钢材中有较严重的偏析带存在,在偏析处有碳、磷、硫等非金属元素集聚,会降低钢材的冷变形性能,导致工件断裂。一般沸腾钢较容易出现偏析。钢中 有缩孔残余、疏松、夹杂物等缺陷,或者有以粗大晶粒呈现的过热组织结构,从而显示出脆性。
在材料改制过程中,由于工艺处理不当引起钢材缺陷的因素有:钢材在酸洗中的氢脆,在退火中由于过热使晶粒粗大而导致脆断。当材料改制中拉拔变形量落在临界变形度范围内,在再结晶退火后产生晶粒粗大,也会出现断头现象。
当工件的头部与杆部的变形量相差较大,所引起加工硬化程度相差也就较大,导致头杆结合强度较低时也会引起断头。如凹穴六角螺栓粗梗工艺较细梗工艺较少出现断头,凹穴冷镦机工艺较切边冷镦机工艺断头现象也少。就是因为前者头、杆强度差少,在生产中小规格产品出现断头较少,这是因为小规格产品所用材料在轧钢及拉拔时经过多次轧压使材料性能有所提高的原因。
对于螺栓的断头缺陷,可根据产生的原因,采用如下改善措施:
1)  属于原材料的缺陷,如比较严重的偏析、缩孔、疏松等,一般不容易解决。这种材料,即使加工出产品也是废品;
2)  不甚严重的氢脆,可以通过时效处理,或者用退火炉适当烤一下去除氢脆。如有的断头材料,放一段时间就不会断头。也可在酸洗中添加缓蚀剂,可显著减少氢脆现象。生产中有些材料有脆性断裂现象,往往受材料冷脆性影响所致,在寒冷的冬天发生多,夏天出现少。
除了材料改制中采取措施改善断头缺陷外,还可改进冷镦机工艺,如通过改进预镦形状,使工件头部流线折叠位置移到近于头部顶端处,以提高工件的头杆结合强度。或采用冷镦机挤复合工艺,增加线材直径,增大杆部变形量,减少头部变形量,从而减少工件头杆强度差,也有利于提高工件的头杆结合强度。采取这种二次缩径工艺可基本防止螺栓断头现象。
⑷产品裂口缺陷的产生及其控制
冷镦机件发生开裂的原因是多种多样的;有的因为材料材质不良,有的是加工方法有误,有的因为局部变形过度。
a、纵向开裂   纵向开裂一般是所使用的线材表面状态不良所致。钢锭伤痕、轧钢伤痕等原始坯料缺陷及拉拔时的划伤或其他表面缺陷,在塑性加工时会形成沿着产品加工方向的裂纹。工件发生何种程度的开裂,要视线材表面缺陷的大小及加工时的变形条件而定。凡是变形量大的工件,材料的缺陷容易显现。
钢种偏析的存在,对螺母类冷镦机件在成形时发生开裂有很大影响。成分偏析不均处或偏析的周边部分太薄,则容易产生开裂。
b、斜开裂   如果材料的冷成形性能差,常在冷镦机倒角处形成45°斜开裂。普碳钢在冷成形时最易产生斜开裂。优质的含碳量较高的中碳以上材料,如果材料的球化退火不好,也易产生45°斜开裂。若材料的冷变形性能差,除了使工件产生斜裂外,还会形成大开口的裂缝。斜裂会由于材料表面伤痕及由此产生的纵向裂纹而扩大。
c、内部开裂  冷镦机件内部开裂虽然在冷成形时不易及时发现,但在使用中会引起严重问题。内部的横裂,是工件内部的最大变形层,超出材料的允许最大断裂应变时发生的。这种缺陷,如果预镦与精镦配合较好,是裂痕移到工件的正中处,则工件虽受某种载荷不一定会在表面显现出来,但是受到冲击载荷时会产生头部飞出。有的螺栓在紧固时,杆部会出现银灰色光亮断面与头部脱离。这种内裂的产生,与镦锻方法无关,而是由于工件最大局部变形处不适应变形条件。如使用有时效硬化性的钢材,材料有偏处一方或斜向偏析,沿材料纵向有缩孔等内部缺陷,都会促使内部开裂的产生。
d、横开裂   横开裂是与镦锻方向成直角的工件表面。产生横裂除了因为使用不适当的材料外,如线材存在严重的偏析、纤维状缩孔、夹渣或其他非金属夹杂物等,还与冷镦机技术有关。即由于镦锻时产生折迭,有弯曲流线所致。在切边时,如果切边工序模具调整不当,或者使用钝口的模具,在切边时受单面力的作用而产生附加弯曲应力,也能使工件头部产生形似横裂的裂痕。
减少冷镦机件开裂除了采取解决螺栓类工件断头的技术措施外,还可采取以下措施:
1)  如果材料有贯穿性的纵列,根本不适应冷镦机就应报废。对于材料有少量的断续裂纹,大部分是好的,则应为降低生产成本而尽可能充分利用。如某厂一批φ14mmSWRCH35K,用于生产M12内六角螺钉,在材料头部开裂,冲模应受力不均而极易折断,使生产不能正常进行。经过试验,进行线材成品退火、酸洗、磷化处理工艺。虽然冷镦机时仍产生裂口,但此时材料硬度稍低,磷化处理工艺。虽然冷镦机时仍产生裂口,但此时材料硬度稍低,磷化后表面润滑好,使金属流动性有所提高,显著减少了开裂程度 ,并且不致使冲模因受力不均而折断。线材成品退火规范见工艺图。
良好的材料表面质量是减少冷镦机件开裂的根本性措施。材料表面质量主要受钢锭表面质量影响。热轧后的钢坯四周有断续细裂纹,而沸腾钢比镇静钢更深(深的可达1mm左右)。这些裂纹如能消除,有利于线材表面质量的提高。
钢胚处理试验表明:  大钢锭制成  钢方坯经酸洗修磨后轧成  圆钢,用于冷镦机螺母,一级品可达90%以上;小钢锭所扎制的方坯不作酸洗精整,并在冷镦机前经650℃以下的低温退火,的圆钢冷镦机螺母,一级品率达90%以上。
实践表明:采用大钢锭提高轧制时的压缩量、将钢坯酸洗精整的,若改进轧制圆钢的孔型,亦可较大地提高线材的表面质量。在轧钢时采用椭圆-圆孔型系统代替方-圆孔型系统生产的小规格圆钢,冷镦机螺母合格率亦在85%以上。
冷镦机用钢的材料改制过程
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