冷鐓材料與熱處理方法

1、冷鐓材料與熱處理方法一、冷鐓工藝對金屬材料的要求1、冷鐓用金屬材料的機(jī)械性能要求 根據(jù)冷鐓工藝特點(diǎn)，對鋼材機(jī)械性能提出如下要求：1） 屈服強(qiáng)度Re以及變形抗力盡可能低，這樣可使單位變形力相應(yīng)減小，以延長模具壽命；2） 材料的冷變形性能要好，既材料應(yīng)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。如冷鐓高強(qiáng)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，就會使硬度提高,塑性降低，使冷變形性能變壞。但是在含碳量較低的鋼中加入少量合金元素（如添加少量硼10B21、10B33鋼），即可顯著提高鋼材強(qiáng)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

2、） 材料的加工硬化敏感性能越低越好，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(yīng)變曲線的斜率來反映。斜率越大，則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較劇烈，隨著變形程度的增加，變形抗力急劇上升。鋼材的機(jī)械性能不但表現(xiàn)原始坯料的Rm、Re、A、Z 及硬度等指標(biāo)，不但受原材料的化學(xué)成分、宏觀組織、微觀組織等方面的影響，還受到材料準(zhǔn)備過程中的拉拔及各道工序之間的熱處理影響。2、化學(xué)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(qiáng)度越高，而塑性越低。含碳量每提高0.1%，其屈服強(qiáng)度R

3、e提高27.4MPa，抗拉強(qiáng)度Rm提高（58.8-78.4MPa），而伸長率A則降低4.3%,斷面收縮率Z降低7.3%。當(dāng)鋼的含碳量0.5%、含錳量1.2%、斷面收縮率Z=80%時，單位冷變形力P與鋼材含C、Mn量之間的近似關(guān)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(shí)際工藝過程中，冷鐓擠壓用鋼的含碳量大于0.25%時，要求鋼退火成具有最好的塑性組織球狀珠光體組織。對于變形程度為65%-85%的冷鐓緊固件不經(jīng)過中間熱處理而進(jìn)行三次鐓鍛變形，其含碳量不應(yīng)超過0.4%。對當(dāng)含碳量超過0.3%-0.5%的碳鋼進(jìn)行鐓鍛時，就要

4、增加中間完全退火工序或者采用溫鐓。錳（Mn） 錳在鋼的冶煉中與氧化鐵作用（Mn+FeO+MnO+Fe）主要為對鋼脫氧而加入。錳在鋼中與硫化鐵作用（Mn+FeS+MnS+Fe），能減少硫?qū)︿摰挠泻π?。所形成的硫化錳可改善鋼的切削性能。錳使鋼的強(qiáng)度有所提高，塑性有所降低，對于鋼的冷塑性變形性能是不利的，但是錳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，允許錳的含量為硫的五倍。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(dāng)鋼中含硅量增加0.1%時，會增加13.7mpa。經(jīng)驗(yàn)表明，含硅量超過0.17%且含碳量較大時，對鋼的塑性的降低有很大影響。在鋼

5、中適當(dāng)增加硅的含量，對鋼的綜合機(jī)械性能，特別是彈性極限有利，還可以增強(qiáng)鋼的耐蝕性。但是當(dāng)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(xì)小顆粒會過快地磨損模具。因此，除了產(chǎn)品高強(qiáng)度的性能要求外，冷鐓用鋼總是盡量減少硅的含量。硫（S） 硫是有害雜質(zhì)。鋼中的硫在冷鐓時會使金屬的結(jié)晶顆粒彼此分離引起裂紋。硫的存在還促使鋼產(chǎn)生熱脆和生銹。因此含硫量應(yīng)小于0.06%。鐓制高強(qiáng)度緊固件時，應(yīng)控制在0.04%以下。由于硫、磷和錳的化合物能改善切削性能，冷鐓螺母用鋼的含硫量可放寬到0.08%-0.12%，以

6、利于攻絲。磷（P） 磷的固溶強(qiáng)化及加工硬化作用極強(qiáng)，在鋼中偏析嚴(yán)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，在冷鐓中使工件開裂。鋼中含磷量要求控制在0.045%以下。其他合金元素 鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎳（Ni）、釩（V）、鎢（W）等合金元素對鋼的冷變形性能的影響遠(yuǎn)不及碳那樣大。一般來講，隨著鋼中合金元素的增加，鋼的機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)、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(yīng)冷鐓工藝，對于鋼的結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)鋼中除了鐵素體外，還有珠光體。含碳量越高，珠光體數(shù)量越

7、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。冷鐓用鋼要用盡可能均勻分布、球狀的晶粒結(jié)構(gòu)。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(nèi)，細(xì)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(yīng)地細(xì)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(yīng)力集中均較小，使開裂的機(jī)會也小，出現(xiàn)開裂前可承受的塑性變形量增加，對外反映出塑性較好。晶粒越小，所產(chǎn)生的激發(fā)相鄰晶粒滑移的應(yīng)力也越小。為使變形繼續(xù)進(jìn)行，必須增大外加的應(yīng)力，對外反映出變

8、形抗力較大。因此冷鐓不宜采用過細(xì)晶粒的鋼材。晶粒太大，又會使工件表面粗糙，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(xì)晶粒鋼大，塑性較差，冷變形性能也差。冷鐓用鋼的晶粒度要求為4-6級，晶粒的大小規(guī)范如下：晶粒平均直徑約（0.02-0.06）mm；每mm2晶粒數(shù)約為250-2300個；晶粒的平均面積約（400-4000）m2。 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(jié)構(gòu)發(fā)生間斷。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。冷鐓用線材是熱軋鋼材經(jīng)冷拔后使用的，在軋制和冷拔過程中，這些夾雜物已沿著

9、變形方向被拉長。一般說來，細(xì)微、均勻分布的夾雜物為害不大。細(xì)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(jié)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(xì)而局部集中的夾雜物，對鋼的冷鐓性能影響很大。4、 表面質(zhì)量要求普通熱軋鋼的表面狀態(tài)大多數(shù)不夠好。熱軋鋼材的表面缺陷經(jīng)過冷拔（如果壓縮比太?。┮矡o法消除，造成冷鐓產(chǎn)品的表面缺陷及廢品，嚴(yán)重的將無法進(jìn)行生產(chǎn)。 坯料表面缺陷 鋼在冶煉時，鋼錠留有的氣泡、縮孔等缺陷。經(jīng)過熱軋和冷拔，使線材帶有比較嚴(yán)重的貫穿性縱裂，在鐓

10、鍛時會明顯地暴露在產(chǎn)品表面。原材料在軋制中的折疊、耳子、偏析、裂縫等缺陷，在冷鐓中會造成嚴(yán)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(dāng)，在鋼材表面產(chǎn)生麻點(diǎn)、銹蝕。如果麻點(diǎn)、銹蝕輕微，經(jīng)過冷拔，凹坑被拉長，在表面基本上顯不出痕跡，冷鐓中不致于因此而出現(xiàn)裂紋。如果凹坑嚴(yán)重就會形成裂口；裂口多呈現(xiàn)于工件變形量大的棱角處。材料表面裂縫等缺陷越深，冷變形性能就越差。實(shí)驗(yàn)表明：無論冷拔還是冷鐓，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。對于變形程度較大的冷鐓材料，表面缺陷的臨界深度是0.04-0.10mm,更深的缺陷必須避免。鋼材在低

11、碳?xì)夥罩屑訜釙鹈撎?。雖然脫碳從產(chǎn)品 的外觀質(zhì)量看不出什么，但是工件表面含碳量的任何變化都會對工件的機(jī)械性能產(chǎn)生重大影響。特別對含碳量0.30%以上的鋼材，表面脫碳對工件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性明顯有害。為防止脫碳材料在退火時，應(yīng)使用保護(hù)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(dāng)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，但是對于冷鐓工藝來說是相當(dāng)有害的。有滲碳層的鋼材表面象蛋殼那樣又薄又硬。在材料改制或者冷鐓時，材料表面會產(chǎn)生裂口或者剝離，降低鋼材的冷變形性能。因此，冷鐓用鋼材應(yīng)當(dāng)完全避免脫碳和滲碳。鋼材的脫碳和滲碳情況可采用金相顯微鏡檢查。尺寸精度

12、要求線材的尺寸精度對于冷鐓產(chǎn)品質(zhì)量及工藝過程有很大影響。冷鐓用線材和模具通常是專業(yè)化分別加工的。若線材直徑超出最大允許值，則鐓鍛時工件頭部的金屬就過多，將產(chǎn)生不良飛邊或者使工件桿部彎曲?；蛘咭蚓€材直徑大于凹模模孔直徑而使進(jìn)料困難。以及工件桿部被凹模孔拉毛，在?？變?nèi)急劇形成金屬瘤。若線材直徑小于最小允許值，則在鐓鍛時金屬不能完全充滿模腔，造成工件棱角不清。所以冷鐓用材料要充分接近真圓，直徑均勻。冷鐓用線材的直徑允差一般為0.20-0.35mm，不圓度允差為直徑允差的1/2。二、常用冷鐓材料 適用于冷鐓的材料種類繁多，其品種、規(guī)格、技術(shù)條件都納入一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中。納入國家標(biāo)準(zhǔn)的叫“國標(biāo)”；納入冶金

13、部標(biāo)準(zhǔn)的以“YB”表示。還有按鋼廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者按鋼廠與使用單位簽訂的技術(shù)協(xié)議供應(yīng)。冷鐓生產(chǎn)中最常用的材料有黑色金屬和有色金屬兩大類。 、 黑色金屬材料從工藝角度，鋼材在使用習(xí)慣上有以下幾種分類方法。 按鋼材的質(zhì)量分 1、普通碳素鋼 標(biāo)準(zhǔn)代號GB700-2004碳素結(jié)構(gòu)鋼，常用有5個牌號。普通碳素鋼分為Q195、Q215、 Q235、 Q255 、Q275、共有A、B、C、D4個等級。按機(jī)械性能供應(yīng)，保證抗拉強(qiáng)度和伸長率，根據(jù)需要可補(bǔ)充保證屈服點(diǎn)，室溫沖擊韌性和冷彎性能；化學(xué)成分除硫、磷有規(guī)定外，其他不保證。普碳鋼因來源廣泛，價格較低廉，多用于鐓制成品機(jī)械性能要求較低，變形程度不很大及形狀較簡單

14、的低強(qiáng)度緊固件。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 標(biāo)準(zhǔn)代號GB699-1999優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，共有31個牌號。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼其牌號為10、15、20、35、45，其化學(xué)成分和機(jī)械性能都有嚴(yán)格規(guī)定。含碳量從低碳（C0.25%）到中碳（C=0.25-0.50%），可以保證冷鐓（壓扁）試驗(yàn)，保證脫碳及宏觀、微觀組織，保證機(jī)械性能和表面質(zhì)量等檢驗(yàn)要求。被大量用來鐓制性能要求嚴(yán)格、變形程度較大、形狀較復(fù)雜或中等強(qiáng)度的緊固件和異性件。3、 專用冷鐓鋼 標(biāo)準(zhǔn)代號 GB6478-2001冷鐓和冷擠壓用鋼，共有34個牌號。專用冷鐓鋼其牌號為鋼號前冠ML，俗稱鉚螺鋼。其化學(xué)成分要求嚴(yán)格，特別是對硫、磷、硅等不利于冷鐓變形的有

15、害元素有嚴(yán)格規(guī)定。對于鋼材的機(jī)械性能，特別是屈服極限、伸長率、斷面收縮率、硬度等塑性指標(biāo)都有較高要求。對于影響變形程度的原材料的表面缺陷都經(jīng)過清除處理。因此冷鐓性能很好，能夠用較大的變形量、較少的變形次數(shù)生產(chǎn)出形狀較復(fù)雜的、合乎質(zhì)量要求的產(chǎn)品，是較理想的冷鐓材料。4、 合金鋼 標(biāo)準(zhǔn)代號GB3077-1999合金結(jié)構(gòu)鋼，共有76個牌號。合金鋼包括低合金鋼及合金鋼如15Mn、16Mn、15Cr、20Cr等，是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼加入少量的（一般不超過2-3%）合金元素而制成的。鋼的淬火性能基本上是由含碳量和晶粒決定的。但是若加入合金元素后，鋼的熱處理性能隨著加入量而提高（除一部分元素例外）。在低碳鋼中

16、加入少量合金元素而成的低合金鋼，代替中碳結(jié)構(gòu)鋼用于生產(chǎn)中等強(qiáng)度的緊固件，因低合金鋼的含碳量較低，故其冷變形性能較中碳鋼好。同時由于熱處理性能的提高，以及合金元素的強(qiáng)化作用，使低合金鋼的強(qiáng)度可得到大大提高（提高25-150%左右）。所鐓制的緊固件，主要用于橋梁、船舶、車輛、建筑等結(jié)構(gòu)中。合金鋼如15MnVB、35CrMo等，同于鐓制性能等級10.9級以上的螺栓、螺釘，10級以上的螺母等高強(qiáng)度航空標(biāo)準(zhǔn)件以及高速、高負(fù)荷用的緊固件。由于合金鋼的強(qiáng)度極限較高，冷鐓變形困難，往往采用分工序加工并進(jìn)行中間熱處理的工藝流程，不能在多工位自動冷鐓機(jī)上進(jìn)行冷變形。有些合金甚至無法適應(yīng)冷變形方式，需要采用溫鐓工藝

17、或切削加工。按鋼材成份分1、低碳鋼的含碳量低于0.25%，如Q195、Q235、10、15等。其塑性較好，變形抗力較低，大量被用作鐓制低強(qiáng)度的緊固件。2、中碳鋼 冷鐓中使用的中碳鋼含碳量在0.25-0.50%之間。用中碳鋼制作的冷鐓件經(jīng)調(diào)質(zhì)等熱處理后，具有較高的綜合機(jī)械性能，常用于鐓制中等強(qiáng)度的緊固件。3、高碳鋼 含碳量高于0.5%的碳鋼的冷變形性能差，生產(chǎn)中一般不使用。4、特種鋼 為滿足成品的抗腐蝕性能、耐高溫性能等特殊要求，也有使用1Cr13、1Cr18Ni9Ti、Cr17Ni2等不銹鋼、耐熱鋼作為冷鐓材料。特種鋼的合金元素含量很高，要根據(jù)鋼材的性能來決定工藝流程。需要通過特殊的退火處理后

18、進(jìn)行塑性變形，并在各道變形中間進(jìn)行熱處理清除加工硬化，一般不宜在多工位自動冷鐓機(jī)上生產(chǎn)。 三、 按鋼的冶煉方法分1， 沸騰鋼 沸騰鋼的含碳量一般在0.25%以下。鋼液僅用弱脫氧劑錳鐵進(jìn)行不完全脫氧，鋼中存在著數(shù)百ppm的氧，同鋼中的碳反應(yīng)生成Co氣體。當(dāng)鋼水在鋼錠模內(nèi)凝固時呈沸騰狀態(tài)，故稱沸騰鋼。這種鋼在澆口沒有縮孔，故鋼錠的頭部切除量比鎮(zhèn)靜鋼少。鋼的塑性較好，但內(nèi)部均勻性低，組織不致密，性能不夠均勻，沖擊韌性較差，變形程度受到限制。通常用于鐓制變形程度不大的低強(qiáng)度的緊固件。沸騰鋼在鋼號后面加注“F”，如08F 、10F2， 鎮(zhèn)靜鋼 鎮(zhèn)靜鋼通過添加Al、Si，將氧降到20-80ppm，不產(chǎn)生C

19、o氣體，凝固時呈靜止?fàn)顟B(tài)。通常金屬因?yàn)橛性谧罱K凝固部濃縮雜質(zhì)的性質(zhì)，所以澆鎮(zhèn)靜鋼時，要將頭部保溫，集中雜質(zhì)，使凝固時的收縮得以被部分（稱冒口）吸收。冒口部分因無法成為產(chǎn)品，軋成鋼材后切頭量較多，成材率低。但其內(nèi)部較純潔，結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)量較高，冷變形性能較好，被較多使用。鎮(zhèn)靜鋼的鋼號后面不加注符號；如ML08Al。JIS G3507冷鐓用碳鋼線材中的SWRCH22A、 SWRCH18A是用Al為脫氧劑；SWRCH35K、SWRCH45K是用Al、Si為脫氧劑。SCM435、SCM440是Al、Si鎮(zhèn)靜鋼。普通碳素鋼有沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼之分。其他質(zhì)量要求較高的除個別鋼種外，一般都是鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼的極限壓

20、縮率隨著冷拉變形量的增加而顯著下降，而鎮(zhèn)靜鋼則下降較為輕微。特別是10#鋼，即使冷拉變形量達(dá)到50%，也幾乎看不到極限壓縮率有所下降。、有色金屬材料鋁鋁主要有工業(yè)純鋁及鋁合金等工業(yè)用鋁。純鋁不僅變形抗力低、塑性好，而且變形時的加工硬化不強(qiáng)烈，是一種冷塑性變形性能良好的材料。鋁合金通過合金化可得到相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，其強(qiáng)度的提高可以利用加工硬化和熱處理的方法獲得。鋁合金的重量輕這一性質(zhì)是所有結(jié)構(gòu)材料所無法比擬的。同一尺寸的鋁合金鐓制的緊固件的重量，只是鋼鐵或黃銅制的1/3左右。因此對嚴(yán)格限制重量的部件的接合，可以說是最好的材料。一般來說，鋁的耐蝕性是良好的。對于較高強(qiáng)度的鋁合金，要添加合金元素。而銅元素

21、會使耐蝕性變壞，因此最好能進(jìn)行表面處理。鋁和鋁之間的接合面問題一般不大。當(dāng)兩種不同金屬接合時，由于腐蝕電流的作用，在帶有電介質(zhì)的環(huán)境下，往往會在緊固件上或接合部分發(fā)生早期腐蝕。因此必須采用充分絕緣方法，最好能注意金屬間的電位差，來進(jìn)行防腐蝕處理。鋁合金是非磁性金屬，熱膨脹系數(shù)為鋼鐵的2倍，因此在要求磁性，兩種不同金屬的接合處以及熱變化較大等場合盡可能不使用。國內(nèi)在冷鐓中常用牌號有工業(yè)純鋁L5、L6，一般適用鋁鉚釘；硬鋁LY1、LY8、LY12，中高強(qiáng)度的緊固件；防銹鋁LF10、LF21，鍛鋁LD2、LD3等常用于鋁螺母。鐓制的緊固件、異型件廣泛用于航空、儀表和室用電器等工業(yè)。銅銅是以電解銅為原

22、料通過溶解制造的。是耐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等極好的材料，銅合金是以銅為基體加入了其他元素的合金，它具有比銅更為優(yōu)良的性質(zhì)而被各方面使用。通常使用的銅合金有銅與鋅的合金-黃銅，銅與鉛黃銅等，它們具有良好的塑性、冷變形和較高的強(qiáng)度。 國內(nèi)常用純銅的牌號有T1、T2等，多用于鐓制鉚釘、接觸螺釘?shù)入娖髁慵３Ｓ勉~合金有鋅黃銅H62、錫黃銅HSn62-1,鉛黃銅HPb63-3等，硬度40-65Hv0.2或60-85 Hv0.2用于耐磨、耐腐蝕緊固件，鐓制鉚釘、機(jī)螺釘、螺母等特殊性能的緊固件。 有關(guān)鋁、銅及其合金的牌號、成分、機(jī)械性能、熱處理方法，可參看有關(guān)材料手冊。冷鐓材料的檢查 為了保證冷塑性

23、成形的各種要求，必須對材料進(jìn)行各種試驗(yàn)檢查。常規(guī)檢查用于冷鐓的經(jīng)冷拔的鋼材，在使用前需作以下內(nèi)容的檢查：1） 鋼號、尺寸及其尺寸誤差和形狀誤差應(yīng)符合冷鐓工藝規(guī)程的要求；2） 線材表面質(zhì)量應(yīng)當(dāng)：表面光潔并帶有銀灰色光澤；無竹節(jié)狀起伏；無局部或全長的直線溝狀劃道；無影響產(chǎn)品質(zhì)量的麻點(diǎn)、黑斑；3） 硬度應(yīng)符合：普通碳鋼硬度HRB85；35、45鋼硬度HRB90。有關(guān)成品質(zhì)量以及與冷成形工藝有關(guān)的材料檢查化學(xué)成分檢驗(yàn) 決定成品強(qiáng)度的最重要因素是化學(xué)成分。對于生產(chǎn)中、高強(qiáng)度緊固件等產(chǎn)品的工廠，需要對每一批冷鐓用鋼材進(jìn)行化驗(yàn)分析。以防鋼號混雜或者不符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼料混入。以確保成品的機(jī)械性能、熱處理性能等方面

24、的質(zhì)量要求。3 機(jī)械性能試驗(yàn) 材料機(jī)械性能主要按照拉伸試驗(yàn)方法進(jìn)行。在材料投入生產(chǎn)前，通常根據(jù)需要，對鋼材按硬度試驗(yàn)方法測定硬度。4 金屬組織實(shí)驗(yàn) 材料的晶粒度按照鋼的晶粒度試驗(yàn)方法的規(guī)定用金相顯微鏡檢查。為了提高冷變形性能而需要球化組織時，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行球化等級判定。測定時，在材料軸向或與測定面成直角進(jìn)行切斷，然后加以研磨作為被測面。進(jìn)行脫碳檢查時，首先將試樣沿中心線縱向剖開，再將露出表面的切斷面嵌入合成樹脂中進(jìn)行研磨，經(jīng)拋光后放入浸蝕劑中浸蝕，然后用金相顯微鏡觀察。a) 冷頂鍛試驗(yàn) 對鋼材的冷變形性能及表面狀況的檢查，可采用冷頂鍛試驗(yàn)。冷頂鍛試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測定材料的塑性，即材料沒有達(dá)到出現(xiàn)破壞

25、時的塑性變形能力。是材料的冶煉方法、化學(xué)成分、顯微組織、機(jī)械性能及表面狀況等方面的綜合性試驗(yàn)。試驗(yàn)是通過壓縮圓柱形試樣，測定直到試樣側(cè)表面出現(xiàn)肉眼可見第一條裂紋時的極限變形量，來求得材料能夠?qū)崿F(xiàn)的變形量。試樣的高度與直徑之比、變形速度和接觸面的潤滑條件不同，極限變形量也有差異，因此需要對這些條件加以規(guī)定。試驗(yàn)表明：試樣高度與直徑比值H/d增大，極限變形量上升；潤滑條件變壞時，極限變形量將下降。通常將試樣兩端面做成同心的溝狀，或者將壓頭做成粗糙面，以忽視接觸面上的潤滑條件的影響。在日常生產(chǎn)中，可采用與冷鐓工藝相近的試驗(yàn)條件測定材料是否適用。將H/d比例為1-5的試樣，按照加工時所需的變形量壓扁至

26、試驗(yàn)原來高度的50-80%。用于鐓制螺釘?shù)匿摬氖菍⒃囼?yàn)壓扁至原來高度的1/3。用于鐓制螺母的鋼材是將試樣壓扁至1/2。這個冷頂鍛過程與工藝過程的變形條件相似。鋼材的表面缺陷在變形量大時才能由肉眼看見。在工件所需變形量小時，只要成品表面不出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，即使使用稍有缺陷的材料亦無妨。b) 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 對直徑為12mm以下的冷鐓鋼材作表面狀況檢查時，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)用得最廣。將20-30倍直徑的長度的線材試樣在適當(dāng)裝置上先作一個方向旋轉(zhuǎn)4周（要求高的可達(dá)10周），然后再反方向扭轉(zhuǎn)到原來位置。用這種方法不僅能夠檢查出材料表面存在的缺陷，而且能夠通過扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)檢查出潛在的表面缺陷或縱向傷痕。對于普通碳素鋼，是難以保

27、證冷頂鍛試驗(yàn)和扭矩試驗(yàn)的。對于優(yōu)質(zhì)鋼及專用冷鐓鋼，則按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或工藝需要進(jìn)行冷頂鍛試驗(yàn)及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。c）腐蝕試驗(yàn) 鋼材的表面缺陷不是經(jīng)常集中在一處的，而是分散在線材的各個部位。檢查時認(rèn)為良好的材料，而在加工時出現(xiàn)缺陷。相反的情況也會發(fā)生。這種材料表面狀況的誤診，在試樣愈少時愈顯著，所以只有充分進(jìn)行酸腐蝕試驗(yàn)時才能查出。腐蝕試驗(yàn)是將任意長度的試樣浸入熱的鹽酸或硫酸中，使其迅速腐蝕溶去線材表面的針狀溶渣，便可明確地看出由熔渣生成的縱向裂紋等缺陷。三、冷鐓用鋼的材料改制過程冷鐓用鋼的材料改制過程是冷鐓生產(chǎn)工藝流程中的重要組成部分，直接影響到冷鐓產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的正常進(jìn)行。材料改制

28、的工藝流程大致如下：材料改制熱處理冷鐓用鋼根據(jù)材料改制過程加工工藝要求和熱處理前后次序不同，主要分為：鋼材熱處理、中間熱處理和成品線材處理（對材料有特殊要求時采用）。鋼材熱處理是對熱軋鋼材在冷拉拔之前的預(yù)先熱處理。其目的在于：改善鋼材的原始組織，減低鋼材硬度，提高鋼材塑性，以滿足冷拔變形的需要。對于中碳鋼以下（C0.25%）的碳素結(jié)構(gòu)鋼和部分低合金結(jié)構(gòu)鋼，如果不存在其他缺陷，因其硬度較低，塑性較好，一般不預(yù)先進(jìn)行熱處理。但是，為了鋼材在材料改制過程中工藝性的穩(wěn)定，許多工廠不論熱扎鋼材是否存在缺陷，全部先進(jìn)行熱處理。對于含碳或合金元素較高的鋼種（45鋼以上的碳素鋼和絕大部分合金鋼），在熱軋后空冷

29、條件下，其硬度較高，塑性較差，給冷拔變形造成困難，不僅會增加拉拔力和拉絲模的磨損，而且往往由于鋼材的硬度較高，塑性較低，冷拔時，鋼材內(nèi)部或表面形成裂紋，造成廢品（這些鋼材在熱軋后多具有粗大片狀珠光體或網(wǎng)狀滲碳體，在拉拔過程中滲碳體易被破碎）。低溫退火完全退火球化退火 材料改制對產(chǎn)品質(zhì)量的影響材料改制對產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大。螺栓類桿類零件的“斷頭”缺陷、冷鐓件表面的開裂缺陷是冷鐓生產(chǎn)中主要的廢品現(xiàn)象，引起這類缺陷的原因有些是材料準(zhǔn)備過程中所引起的。螺栓斷頭的產(chǎn)生原因及其控制按照GB3098.1國家標(biāo)準(zhǔn)，對不經(jīng)熱處理的冷鐓螺栓要進(jìn)行頭部堅固性試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，螺栓頭部的斷裂現(xiàn)象稱為“斷頭”。斷頭一般表

30、現(xiàn)為兩種形式：頭部起夾層而導(dǎo)致開裂；頭桿結(jié)合部或毗鄰部位的斷裂。工件頭部起夾層而引起的開裂的原因較簡單，一般是冷鐓工藝不當(dāng)所致。當(dāng)預(yù)鐓工序的沖模與凹模的中心位置調(diào)整不當(dāng)，使預(yù)鐓件頭、桿同軸度差，頭部形成明顯的歪斜，在成形時會產(chǎn)生廢品。如線材直徑偏小，是鐓鍛比增加，在鐓粗時易發(fā)生縱向彎曲，使金屬流線紊亂，晶粒間的有機(jī)聯(lián)系被分離，也會產(chǎn)生斷頭現(xiàn)象。對于因冷鐓工藝不當(dāng)引起的斷頭，只要改進(jìn)工藝設(shè)計即可。頭桿結(jié)合部的斷裂，有些是材料改制過程忠的原因所致。生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)研究表明，鋼材冷變形性能的好壞對工件的質(zhì)量起決定性作用。鋼材質(zhì)量由兩方面形成：一是鋼廠出廠的鋼材性能必須具備冷鐓用鋼的要求；另一方面是鋼材

31、在改制過程中必須有利于保護(hù)或提高鋼材的冷鐓性能。鋼材原始組織缺陷常見的有：鋼材中有較嚴(yán)重的偏析帶存在，在偏析處有碳、磷、硫等非金屬元素集聚，會降低鋼材的冷變形性能，導(dǎo)致工件斷裂。一般沸騰鋼較容易出現(xiàn)偏析。鋼中 有縮孔殘余、疏松、夾雜物等缺陷，或者有以粗大晶粒呈現(xiàn)的過熱組織結(jié)構(gòu)，從而顯示出脆性。在材料改制過程中，由于工藝處理不當(dāng)引起鋼材缺陷的因素有：鋼材在酸洗中的氫脆，在退火中由于過熱使晶粒粗大而導(dǎo)致脆斷。當(dāng)材料改制中拉拔變形量落在臨界變形度范圍內(nèi)，在再結(jié)晶退火后產(chǎn)生晶粒粗大，也會出現(xiàn)斷頭現(xiàn)象。當(dāng)工件的頭部與桿部的變形量相差較大，所引起加工硬化程度相差也就較大，導(dǎo)致頭桿結(jié)合強(qiáng)度較低時也會引起斷頭

32、。如凹穴六角螺栓粗梗工藝較細(xì)梗工藝較少出現(xiàn)斷頭，凹穴冷鐓工藝較切邊冷鐓工藝斷頭現(xiàn)象也少。就是因?yàn)榍罢哳^、桿強(qiáng)度差少，在生產(chǎn)中小規(guī)格產(chǎn)品出現(xiàn)斷頭較少，這是因?yàn)樾∫?guī)格產(chǎn)品所用材料在軋鋼及拉拔時經(jīng)過多次軋壓使材料性能有所提高的原因。對于螺栓的斷頭缺陷，可根據(jù)產(chǎn)生的原因，采用如下改善措施：1） 屬于原材料的缺陷，如比較嚴(yán)重的偏析、縮孔、疏松等，一般不容易解決。這種材料，即使加工出產(chǎn)品也是廢品；2） 不甚嚴(yán)重的氫脆，可以通過時效處理，或者用退火爐適當(dāng)烤一下去除氫脆。如有的斷頭材料，放一段時間就不會斷頭。也可在酸洗中添加緩蝕劑，可顯著減少氫脆現(xiàn)象。生產(chǎn)中有些材料有脆性斷裂現(xiàn)象，往往受材料冷脆性影響所致，在

33、寒冷的冬天發(fā)生多，夏天出現(xiàn)少。除了材料改制中采取措施改善斷頭缺陷外，還可改進(jìn)冷鐓工藝，如通過改進(jìn)預(yù)鐓形狀，使工件頭部流線折疊位置移到近于頭部頂端處，以提高工件的頭桿結(jié)合強(qiáng)度?；虿捎美溏厰D復(fù)合工藝，增加線材直徑，增大桿部變形量，減少頭部變形量，從而減少工件頭桿強(qiáng)度差，也有利于提高工件的頭桿結(jié)合強(qiáng)度。采取這種二次縮徑工藝可基本防止螺栓斷頭現(xiàn)象。產(chǎn)品裂口缺陷的產(chǎn)生及其控制冷鐓件發(fā)生開裂的原因是多種多樣的；有的因?yàn)椴牧喜馁|(zhì)不良，有的是加工方法有誤，有的因?yàn)榫植孔冃芜^度。a、縱向開裂 縱向開裂一般是所使用的線材表面狀態(tài)不良所致。鋼錠傷痕、軋鋼傷痕等原始坯料缺陷及拉拔時的劃傷或其他表面缺陷，在塑性加工時會形成沿著產(chǎn)品加工方向的裂紋。工件發(fā)生何種程度的開裂，要視線材表面缺陷的大小及加工時的變形條件而定。凡是變形量大的工件，材料的缺陷容易顯現(xiàn)。鋼種偏析的存在，對螺母類冷鐓件在成形時發(fā)生開裂有很大影響。成分偏析不均處或偏析的周邊部分太薄，則容易產(chǎn)生開裂。b、斜開裂 如果材料的冷成形性能差，常在冷鐓倒角處形成45斜開裂。普碳鋼在冷成形時最易產(chǎn)生斜開裂。優(yōu)質(zhì)的