冷鐓工藝對金屬材料的要求

1、冷鍛工藝對金屬材料的要求1、冷鎖用金屬材料的機械性能要求根據(jù)冷鎖工藝特點,對鋼材機械性能提由如下要求：1屈服強度Re以及變形抗力盡可能低,這樣可使單位變形力相應減小,以延長模具壽命；2材料的冷變形性能要好,既材料應有較好的塑性,較低的硬度,在大的變形程度下不致引起開裂.如冷鎖高強度螺栓時,即可使用含碳量較高的碳素鋼,又可使用含碳量較低的低合 金鋼.如果增加含碳量,就會使硬度提升,塑性降低,使冷變形性能變壞.但是在含碳量較低的鋼中參加少量合金元素如添加少量硼10B21、10B33鋼,即可顯著提升鋼材強 度,從而滿足產(chǎn)品的使用性能要求,同時又不損害其冷變形 性能；3材料的加工硬化敏感性能越低越好,

2、這樣不致使變形過程中的變形力太大.材料的加工硬化敏感性可用變形抗力-應變曲線的斜率來反映.斜率越大,那么加工硬化敏感性越高.如 不銹鋼0Cr18Ni9 SUS304的曲線斜率最大.這種材料的加 工硬化敏感性就比擬劇烈,隨著變形程度的增加,變形抗力 急劇上升.鋼材的機械性能不但表現(xiàn)原始坯料的Rm Ra A、Z及硬度等指標,不但受原材料的化學成分、宏觀組織、微觀組織等方面的影響,還受到材料準備過程中的拉拔及各道工序之間 的熱處理影響.2、化學成分的要求碳C碳是影響鋼材冷塑性變形的最主要元素.含 碳量越高,鋼的強度越高,而塑性越低.含碳量每提升0.1%, 其屈服強度 Re提升27.4MPa,抗拉強度

3、 Rmfel高58.8-78. 4MPa ,而伸長率 A那么降低4.3%,斷面收縮率Z降低7.3%. 當鋼的含碳量V 0.5%、含鎰量V 1.2%、斷面收縮率Z=80%寸, 單位冷變形力P與鋼材含C、Mn量之間的近似關系如下：P=1950C+500Mn+1860 MPa 1可見,鋼中含碳量對于鋼材的冷塑性變形性能的影響是 很大的.在實際工藝過程中, 冷鎖擠壓用鋼的含碳量大于 0. 25%寸,要求鋼退火成具有最好的塑性組織一一球狀珠光體 組織.對于變形程度為 65%-85%勺冷鎖緊固件不經(jīng)過中間熱 處理而進行三次鍛鍛變形,其含碳量不應超過 0.4%.對當含碳量超過0.3%-0.5%的碳鋼進行徽鍛

4、時,就要增加中間完全 退火工序或者采用溫鍛.鎰M® 鎰在鋼的冶煉中與氧化鐵作用 Mn+FeO+Mn O+FR主要為對鋼脫氧而參加.鎰在鋼中與硫化鐵作用 Mn +FeS+MnS+Fe ,能減少硫對鋼的有害性.所形成的硫化鎰 可改善鋼的切削性能.鎰使鋼的強度有所提升,塑性有所降 低,對于鋼的冷塑性變形性能是不利的,但是鎰對變形力的影響僅為碳的四分之一左右.由于成品的特殊性能要求,允 許鎰的含量為硫的五倍.除了成品的特殊要求外,不宜超過 0.9%.硅Si硅是鋼在冶煉中脫氧劑的殘留物.當鋼中 含硅量增加0.1%時,會增加13.7mpa.經(jīng)驗說明,含硅量超 過0.17%且含碳量較大時,對鋼的塑

5、性的降低有很大影響. 在鋼中適當增加硅的含量,對鋼的綜合機械性能,特別是彈 性極限有利,還可以增強鋼的耐蝕性.但是當鋼中含硅量超 過0.15%時,使鋼急劇形成非金屬夾雜物,高硅鋼即使退火 也不會軟化,急劇降低鋼的冷塑性變形性能.如果硅以硅酸 類形式存在于鋼中,分散在鋼中的細小顆粒會過快地磨損模 具.因此,除了產(chǎn)品高強度的性能要求外,冷鎖用鋼總是盡 量減少硅的含量.硫S硫是有害雜質.鋼中的硫在冷鎖時會使金屬 的結晶顆粒彼此別離引起裂紋.硫的存在還促使鋼產(chǎn)生熱脆 和生銹.因此含硫量應小于 0.06%.徽制高強度緊固件時, 應限制在0.04%以下.由于硫、磷和鎰的化合物能改善切削 性能,冷鎖螺母用鋼

6、的含硫量可放寬到0.08%-0.12%,以利于攻絲.磷P磷的固溶強化及加工硬化作用極強,在鋼中 偏析嚴重,增加鋼的冷脆性及回火脆性,使鋼易受酸的侵蝕.鋼中的磷會惡化冷塑性變形性能,在拉拔中使線材斷裂,在 冷鎖中使工件開裂.鋼中含磷量要求限制在0.045%以下.其他合金元素銘Cr、鋁M.、銀Ni、機V、 鴇VV等合金元素對鋼的冷變形性能的影響遠不及碳那樣 大.一般來講,隨著鋼中合金元素的增加,鋼的機械強度指 標、淬透性隨之增加,冷變形性能隨之降低.3、金相組織要求為使鋼材能更好地適應冷鍛工藝,對于鋼的結構、晶粒 大小與形式、非金屬夾雜物的分布都有一定的要求.鋼的組織結構鋼中除了鐵素體外,還有珠光

7、體.含碳量越高,珠光體 數(shù)量越多.鐵素體是軟的基體,在軟的基體中嵌有硬的珠光 體顆粒.成堆的珠光體分布對于冷變形是不利的,會形成裂 紋.鋼材的組織要緊密均勻,因此.冷鎖用鋼要用盡可能均 勻分布、球狀的晶粒結構.晶粒度金屬的變形是由于晶粒的滑移和晶粒本身的變形而發(fā) 生的.在一定的體積內,細晶粒金屬的晶粒數(shù)必然比粗晶粒 金屬的多,塑性變形時位向有利于滑移的晶粒也較多,變形 能夠較均勻地分散到各個晶粒.相應地細晶粒金屬的變形不 均勻性和由于變形不均勻性所引起的應力集中均較小,使開 裂的時機也小,由現(xiàn)開裂前可承受的塑性變形量增加,對外反映由塑性較好.晶粒越小,所產(chǎn)生的激發(fā)相鄰晶?；频?應力也越小.為

8、使變形繼續(xù)進行,必須增大外加的應力,對 外反映由變形抗力較大.因此冷鎖不宜采用過細晶粒的鋼材. 晶粒太大,又會使工件外表粗糙,產(chǎn)生明顯的傷痕和裂紋.粗晶粒鋼的加工硬化敏感性比細晶粒鋼大,塑性較差,冷變 形性能也差.冷鍛用鋼的晶粒度要求為4-6級,晶粒的大小標準如下：晶粒平均直徑約(0.02-0.06 ) mnp每mm晶粒數(shù) 約為250-2300個；晶粒的平均面積約(400-4000) 而.非金屬夾雜物不管用什么方法冶煉鋼材,總會有或多或少的非金屬夾雜物. 氧化物或硫化物等夾雜物,會使金屬緊密的晶體結構發(fā)生問 斷.夾雜物的形式、數(shù)量和分布情況不同,對于鋼材的冷變 形性能的影響也各異.冷鎖用線材是

9、熱軋鋼材經(jīng)冷拔后使用 的,在軋制和冷拔過程中,這些夾雜物已沿著變形方向被拉 長.一般說來,細微、均勻分布的夾雜物為害不大.細小且 分散的硫化物夾雜物可以較好地隨著變形方向變形,因而較 其他一些隨之變形的夾雜物為害稍小.特別有害的是氧化鋁 夾雜物.氧化鋁微小顆粒不僅極硬,會損傷模具；而且很難 與鋼的基體結合在一起,常常在劇烈的冷變形中使工件產(chǎn)生 撕裂.粗的或者細而局部集中的夾雜物,對鋼的冷鎖性能影 響很大.4、外表質量要求普通熱軋鋼的外表狀態(tài)大多數(shù)不夠好.熱軋鋼材的外表 缺陷經(jīng)過冷拔如果壓縮比太小也無法消除,造成冷鎖產(chǎn) 品的外表缺陷及廢品,嚴重的將無法進行生產(chǎn).坯料外表缺陷鋼在冶煉時,鋼錠留有的

10、氣泡、縮孔等缺陷.經(jīng)過熱軋和冷 拔,使線材帶有比擬嚴重的貫穿性縱裂,在徽鍛時會明顯地 暴露在產(chǎn)品外表.原材料在軋制中的折疊、耳子、偏析、裂 縫等缺陷,在冷徽中會造成嚴重危害.如：螺栓的斷頭、螺 母的開裂；工件在搓制螺紋時,螺坯被碾壓成兩半等.原材 料在酸洗中處理不當,在鋼材外表產(chǎn)生麻點、銹蝕.如果麻 點、銹蝕稍微,經(jīng)過冷拔,凹坑被拉長,在外表根本上顯不 由痕跡,冷鎖中不致于因此而由現(xiàn)裂紋.如果凹坑嚴重就會 形成裂口；裂口多呈現(xiàn)于工件變形量大的棱角處.材料外表 裂縫等缺陷越深,冷變形性能就越差.實驗說明：無論冷拔 還是冷徽,裂紋的形狀對于變形程度的影響不大,但是裂紋 深度的影響是很大的.對于變形

11、程度較大的冷鎖材料,外表 缺陷的臨界深度是 0.04-0.10mm,更深的缺陷必須預防.鋼材在低碳氣氛中加熱會引起脫碳.雖然脫碳從產(chǎn)品的 外觀質量看不由什么,但是工件外表含碳量的任何變化都會 對工件的機械性能產(chǎn)生重大影響.特別對含碳量0.30%以上的鋼材,外表脫碳對工件的疲勞強度和耐磨性明顯有害.為 預防脫碳材料在退火時,應使用保護氣體.和脫碳相反的是滲碳.鋼在高溫高碳環(huán)境中會產(chǎn)生滲碳. 盡管滲碳對于成品是相當于在軟核上產(chǎn)生硬殼是可以接受 的,有時是需要采用的方法,但是對于冷鎖工藝來說是相當 有害的.有滲碳層的鋼材外表象蛋殼那樣又薄又硬.在材料 改制或者冷鎖時,材料外表會產(chǎn)生裂口或者剝離,降低鋼材 的冷變形性能.因此,冷鎖用鋼材應當完全預防脫碳和滲碳 鋼材的脫碳和滲碳情況可采用金相顯微鏡檢查.尺寸精度要求線材的尺寸精度對于冷鎖產(chǎn)品質量及工藝過程有很大 影響.冷鎖用線材和模具通常是專業(yè)化分別加工的.假設線材 直徑超生最大允許值,那么徽鍛時工件頭