冷镦紧固件的废品浅析

2015/8/9 9:14:03| 分类: 默认分类

采用冷镦工艺生产的紧固件,主要指螺栓。它们主要起着连接,紧固,定位以及密封的作用。在采用大批,流水方式生产的高强度螺栓在生产过程中一旦出现废品,往往数量很多,影响很大。

  对于各类废品若能及时分析产生的原因,得出正确的结论,不但可以及时解决生产中的难题,而且可以防止类似的质量问题再发生。

1、冷拔开裂

  冷拔是生产螺栓的第一道工序,即是将钢材拔到预定的尺寸。在冷拔过程中常常会发生开裂。造成冷拔开裂的原因很多,其中由于原材料质量问题不再少数。

  原材料中存在缩孔残余,并且是存在有大量夹杂物的孔洞或裂纹,故生产出的螺栓必然是废品。还由于偏析的缘故,通常原材料的中心部位含碳量偏高,这会恶化心部的强度和塑性,在冷拔过程中先产生横向裂纹,在冷镦成形时脆性增加产生开裂,可看到螺栓头部处为裂口,向里呈裂纹。

  另外,冷拔工艺及模具方面问题造成的开裂也时有发生。

  ①临界变形值的影响

  有时要将盘条拔到预定的尺寸,往往需要通过几次拉拔,每次拉拔后应进行退火以消除拉拔时产生的加工硬化现象,若原材料变形程度处在临界变形度范围的超过 δ=23%,退火时引起晶粒急剧长大,使塑性大为降低,再进一步拉拔时就会发生断裂,或在冷镦时严重开裂。
  
  ②材料表面增碳的影响

  冷拔钢材表面增碳现象是比较少见的,但在大量生产中也会出现。对35CrMo,40Cr钢退火,如果炉中气氛控制不当或者发生特殊情况时,会在原材料表面造成增碳,这使强度增加而塑性下降,导致冷拔时产生断裂。
  
  ③冷拔模具缺陷的影响

  冷拔模具经过一定时期使用以后,在模具内壁会产生“粘屑”现象,如果不及时修模就会在冷拔过程中划伤材料,严重者会由于局部压力较大而造成材料表面形成一条连续的横向裂纹。有时可看到表面有一层明显的白色加工硬化区。

2、冷镦开裂

  螺栓在冷镦过程中开裂是常见的破断形式。造成冷镦开裂的原因很多,除了原材料的因素以外,冷镦工艺不当,原材料退火不良也是很重要的现象。冷镦开裂的形态有以下几种。
  
  ①纵向开裂

  这种开裂形式通常是由于原材料表面存在着发纹,而在冷镦时便由于应力集中而开裂, 开裂的特点是裂口呈直线状。凡是变形量大的螺栓,材料缺陷容易显现。
 
  ②斜角开裂 

  原材料在冷镦成形时在头部冷变形的最大位置呈S型或X型的裂口,也称45°裂口。材料的塑性差或者缩杆变形量过大是造成这种裂纹的主要原因,对35CrMo,SCM435、40Cr而言,如果退火组织球化级别较差就容易产生这种形式的开裂。

  ③爆破型开裂

  爆破型开裂是由于原材料存在严重的缺陷,如缩孔,翻皮,大块夹渣,钢材组织粗大时也会造成这种开裂。
 
  ④横向开裂

  冷镦后产生横向开裂的主要原因是冷镦工艺调整不当,但是如果材料的硬度过低也会造成横向开裂。头部产生的横向裂纹,裂口与中心线呈45°,一般在变形量最大的部位形成冷镦裂纹。

3.冷镦掉头

  冷镦紧固件螺栓掉头是经常发生的废品事故,有时在冷镦成形时产生,有时是在装配时发生,有时则在使用过程中发生。造成螺栓掉头的原因很多,如材料质量不佳,冷镦工艺不当,热处理工艺不当,电镀过程中的氢脆。
   
  ①淬火时发生开裂

  螺栓在淬火时往往由于材料淬透性能波动或工艺控制不当,会在螺栓头部与杆部交界处或在螺栓尖角处产生淬火裂纹。

  ②冷镦工艺不当发生的折迭裂纹造成断裂

  冷镦工艺调整不当或材料过软时,会造成冷镦折迭裂纹,严重时会发生断裂。观察时发现螺栓头部端口处有折迭裂纹,裂纹附近还有塑性变形及脱碳现象,在冷镦时造成折迭,此后淬火时又有所扩展,以致造成装配时稍一加力就掉头。

4.螺栓头部切边开裂

  螺栓经冷镦成形后,在切边过程中也会发生切边开裂。用肉眼观察裂纹多是呈明显撕裂状并拌有塑性变形,材料退火组织不良,夹杂物含量过多及切边模不锋利或间隙过大时,都会造成切边开裂。

5.搓丝,滚丝工艺造成的缺陷

  螺栓冷镦成形后,通常采用搓丝或滚丝工艺加工螺纹,如果工艺不当或者由于材料质量问题,会在螺纹处产生细小的折迭裂纹,它的特点是形态与位置在每个螺纹上几乎一致,有时会在滚丝中会发生碎裂。

6.螺栓的脱碳

  10.9级或以上螺栓采用35CrMo,SCM435,42CrMo钢制造,采用冷镦成形时,原材料的脱碳层不但仍然存在,而且被挤压到螺纹的顶部,造成螺纹强度的大幅降低,使用时发生脱扣现象,使螺栓失去紧固的作用。

  脱碳的材料成品丝表面呈网状的麻点,不仅影响螺栓的外观,而且在装配时,在达到规定的扭矩以前就会脱扣发生早期失效,造成严重的事故。

7.结束语

  提高高强度螺栓质量是全体紧固件同仁的首要任务,影响冷镦螺栓性能和寿命的因素很多,这需要全体的共同努力,其中在生产制造过程中就是一个重要环节。以上列举一些废品现象,以期对同行有所裨益。


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