高強(qiáng)度螺栓鍍前工藝

 

　　熱軋盤條-(冷撥)-球化(軟化)退火-機(jī)械除鱗-酸洗-冷撥-冷鍛成形-螺紋加工-熱處理-檢驗(yàn)

 

　　1、高強(qiáng)度螺栓鋼材設(shè)計(jì)

 

　　在緊固件制造中,正確選用緊固件材料是重要一環(huán),因?yàn)榫o固件的性能和其材料有著密切的關(guān)系。如材料選擇不當(dāng)或不正確,可能造成性能達(dá)不到要求,使用壽命縮短,甚至發(fā)生意外或加工困難,制造成本高等,因此緊固件材料的選用是非常重要的環(huán)節(jié)。 冷鐓鋼是采用冷鐓成型工藝生產(chǎn)的互換性較高的緊固件用鋼。由于它是常溫下利用金屬塑性加工成型,每個(gè)零件的變形量很大,承受的變形速度也高,因此,對冷鐓鋼原料的性能要求十分嚴(yán)格。 在長期生產(chǎn)實(shí)踐和用戶使用調(diào)研的基礎(chǔ)上,結(jié)合 GB/T6478-2001 《冷鐓和冷擠壓用鋼技術(shù)條件》 GB/T699-1999 《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》及目標(biāo) JISG3507-1991 《冷鐓鋼用碳素鋼盤條》的特點(diǎn),以 8.8 級, 9.8 級螺栓螺釘?shù)牟牧弦鬄槔?各種化學(xué)元素的確定。 C 含量過高,冷成形性能將降低;太低則無法滿足零件機(jī)械性能的要求,因此定為 0.25 %- 0.55 %。 Mn 能提高鋼的滲透性,但添加過多則會強(qiáng)化基體組織而影響冷成形性能;在零件調(diào)質(zhì)時(shí)有促進(jìn)奧氏體晶粒長大的傾向,故在國際的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高,定為 0.45 %- 0.80 %。 Si 能強(qiáng)化鐵素體,促使冷成形性能降低,材料延伸率下降定為 Si 小于等于 0.30 %。 S.P. 為雜質(zhì)元素,它們的存在會沿晶界產(chǎn)生偏析,導(dǎo)致晶界脆化,損害鋼材的機(jī)械性能,應(yīng)盡可能降低,定為 P 小于等于 0.030 %, S 小于等于 0.035 %。 B. 含硼量不大于 0.005 %,因?yàn)榕鹪仉m然具有顯著提高鋼材滲透性等作用,但同時(shí)會導(dǎo)致鋼材脆性增加。含硼量過高,對螺栓,螺釘和螺柱這類需要良好綜合機(jī)械性能的工件是十分不利的。

 

　　2、高強(qiáng)度螺栓球化退火

 

　　沉頭螺釘,內(nèi)六角圓柱頭螺栓采用冷鐓工藝生產(chǎn)時(shí),鋼材的原始組織會直接影響著冷鐓加工時(shí)的成形能力。冷鐓過程中局部區(qū)域的塑性變形可達(dá) 60 %- 80 %,為此要求鋼材具有良好的塑性。當(dāng)鋼材的化學(xué)成分一定時(shí),金相組織就是決定塑性優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素,通常認(rèn)為粗大片狀珠光體不利于冷鐓成形,而細(xì)小的球狀珠光體可顯著地提高鋼材塑性變形的能力。 對高強(qiáng)度螺栓用量較多的中碳鋼和中碳合金鋼,在冷鐓前進(jìn)行球化(軟化)退火,以便獲得均勻細(xì)致的球化珠光體,以更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。 對中碳鋼盤條軟化退火而言,其加熱溫度多選擇在該鋼材臨界點(diǎn)上下保溫,加熱溫度一般不能太高,否則會產(chǎn)生三次滲碳體沿晶界析出,造成冷鐓開裂,而對于中碳合金鋼的盤條采用等溫球化退火,在 AC1+(20-30%) 加熱后,爐冷到略低于 Ar1 ,溫度約 700 攝氏度等溫一段時(shí)間,然后爐冷至 500 攝氏度左右出爐空冷。鋼材的金相組織由粗變細(xì),由片狀變球狀,冷鐓開裂率將大大減少。 35%ML35SWRCH35K 鋼軟化退火溫度一般區(qū)域?yàn)?715 - 735 攝氏度;而 SCM435 CrSCR435 鋼球化退火加熱溫度一般區(qū)域?yàn)?740 - 770 攝氏度,等溫溫度 680 - 700 攝氏度。 

 

　　3、高強(qiáng)度螺栓剝殼除鱗

 

　　冷鐓鋼盤條去除氧化鐵板工序?yàn)閯兞?除鱗,有機(jī)械除鱗和化學(xué)酸洗兩種方法。用機(jī)械除鱗取代盤條的化學(xué)酸洗工序,既提高了生產(chǎn)率,又減少了環(huán)境污染。此除鱗過程包括彎曲法(普遍使用帶三角形凹槽的圓輪反覆彎曲盤條),噴九法等,除鱗效果較好,但不能使殘余鐵鱗去凈(氧化鐵皮清除率為 97 %),尤其是氧化鐵皮粘附性很強(qiáng)時(shí),因此,機(jī)械除鱗受鐵皮厚度,結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)的影響,使用于低強(qiáng)度緊固件(小于等于 6.8 級)用的碳鋼盤條。高強(qiáng)度螺栓(大于等于 8.8 級)用盤條在機(jī)械除鱗后,為除凈所有的氧化鐵皮,再經(jīng)化學(xué)酸洗工序即復(fù)合除鱗。 對低碳鋼盤條而言,機(jī)械除鱗殘留的鐵皮容易造成粒拔模不均勻磨損。當(dāng)粒拔?？子捎诒P條鋼絲摩擦外溫時(shí)粘附上鐵皮,使盤條鋼絲表面產(chǎn)生縱向粒痕,盤條鋼絲冷鐓凸緣螺栓或圓柱頭螺釘時(shí),頭部出現(xiàn)微裂紋的原因, 95 %以上是鋼絲表面在拉拔過程中產(chǎn)生的劃痕所引起。因此,機(jī)械除鱗法不宜用來高速拉拔。

 

　　4、高強(qiáng)度螺栓拉拔

 

　　拉拔工序有兩個(gè)目的,一是改制原材料的尺寸;二是通過變形強(qiáng)化作用使緊固件獲得基本的機(jī)械性能,對于中碳鋼,中碳合金鋼還有一個(gè)目的,即是使盤條控冷后得到的片狀滲碳體在拉拔過程中盡可能的破解,為隨后的球化(軟化)退火得到粒狀滲碳體做好準(zhǔn)備,然而,有些廠家為降低成本,任意減少拉拔道次,過大的減面率增加了盤條鋼絲的加工硬化傾向,直接影響了盤條鋼絲的冷鐓性能。 如果各道次的減面率分配不合適,也會使盤條鋼絲在拉拔過程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)裂紋,這種沿鋼絲縱向分布,周期一定的裂紋在鋼絲冷鐓過程中暴露。此外,拉拔過程中如潤滑不好,也可造成冷拔盤條鋼絲有規(guī)律地出現(xiàn)橫裂紋。 盤條鋼絲出出粒絲?？谏暇硗瑫r(shí)的切線方向與拉絲模不同心,會造成拉絲模單邊孔型的磨損加劇,使內(nèi)孔失圓,造成鋼絲圓周方向的拉拔變形不均勻,使鋼絲的圓度超差,在冷鐓過程中鋼絲橫截面應(yīng)力不均勻而影響冷鐓合格率。 盤條鋼絲拉拔過程中,過大的部分減面率使鋼絲的表面質(zhì)量惡化,而過低的減面率卻不利于片狀滲碳體的破碎,難以獲得盡可能多的粒狀滲碳體,即滲碳體的球化率低,對鋼絲的冷鐓性能不利,采用拉拔方式生產(chǎn)的棒料和盤條鋼絲,部分減面率直控制在 10 %- 15 %的范圍內(nèi)。

 

　　5、高強(qiáng)度螺栓冷鍛成形

 

　　通常,螺栓頭部的成形采用冷鐓塑性加工,同切削加工相比,金屬纖維(金屬留線)沿產(chǎn)品形狀呈連續(xù)狀,中間無切斷,因而提高了產(chǎn)品強(qiáng)度,特別是機(jī)械性能優(yōu)良。 冷鐓成形工藝包括切料與成形,分單工位單擊,雙擊冷鐓和多工位自動冷鐓。一臺自動冷鐓機(jī)分別在幾個(gè)成型凹模里進(jìn)行沖壓,鐓鍛,擠壓和縮徑等多工位工藝。 單工位或多工位自動冷鐓機(jī)使用的原始毛坯的加工特點(diǎn)是由材料尺寸長 5 - 6 米的棒料或重量為 1900 - 2000KG 的盤條鋼絲的尺寸決定的,即加工工藝的特點(diǎn)在于冷鐓成型不是采用預(yù)先切好的單件毛坯,而是采用自動冷鐓機(jī)本身由棒料和盤條鋼絲切取和鐓粗的(必要時(shí))毛坯。 在擠壓型腔之前,毛坯要進(jìn)行整形。通過整形可得到符合工藝要求的毛坯。在鐓鍛,縮徑和正擠壓之前,毛坯不需整形。毛坯切斷后,送到鐓粗整形工位。該工位可提高毛坯的質(zhì)量,可使下一個(gè)工位的成型力降低 15 - 17 %,并能延長模具壽命,制造螺栓可采用多次縮徑。 冷鐓成型所能達(dá)到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關(guān)。此外,它還取決于所用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),工藝特點(diǎn)及其狀態(tài),工模具精度,壽命和磨損程度。 冷鐓成型和擠壓使用的高合金鋼,硬質(zhì)合金模具的工作表面粗糙度不應(yīng)大 Ra=0.2um, 這類模具工作表面的粗糙度達(dá)到 Ra=0.025-0.050um 時(shí),壽命高。

 

　　6、高強(qiáng)度螺栓螺紋加工

 

　　螺栓螺紋一般采用冷加工,使一定直徑范圍內(nèi)的螺紋坯料通過搓(滾)絲板(模),由絲板(滾模)壓力使螺紋成形?？色@得螺紋部分的塑性流線不被切斷,強(qiáng)度增加,精度高,質(zhì)量均一的產(chǎn)品,因而被廣泛采用。 為了制出產(chǎn)品的螺紋外徑,所需要的螺紋坯徑是不同的,因?yàn)樗苈菁y精度,材料有無鍍層等因素限制。 滾(搓)壓螺紋是指利用塑性變形使螺紋牙成形的加工方法。它是用帶有和被加工的螺紋同樣螺距和牙形的滾壓(搓絲板)模具,一邊擠壓圓柱形螺坯,一邊使螺坯轉(zhuǎn)動,將滾壓模具上的牙形轉(zhuǎn)移到螺坯上,使螺紋成形。 滾(搓)壓螺紋加工的共同點(diǎn)是滾動轉(zhuǎn)數(shù)不必太多,如果過多,則效率低,螺紋牙表面容易產(chǎn)生分離現(xiàn)象或者亂扣現(xiàn)象。反之,如果轉(zhuǎn)數(shù)太少,螺紋直徑容易失圓,滾壓初期壓力異常增高,造成模具壽命縮短。滾壓螺紋常見的問題:螺紋部分表面裂紋或劃傷;亂扣;螺紋部分失圓。這些問題若大量發(fā)生,就會在加工階段被發(fā)現(xiàn)。如果發(fā)生的數(shù)量較少,生產(chǎn)過程注意不到這些問題就會流通到用戶,造成麻煩。因此,應(yīng)歸納加工條件的關(guān)鍵問題,在生產(chǎn)過程控制這些關(guān)鍵因素。

 

　　7、高強(qiáng)度螺栓處理

 

　　高強(qiáng)度緊固件根據(jù)技術(shù)要求都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。熱處理調(diào)質(zhì)是為了提高緊固件的綜合機(jī)械性能,以滿足產(chǎn)品規(guī)定的抗拉強(qiáng)度值和屈強(qiáng)比。 熱處理工藝對高強(qiáng)度緊固件尤其是它的內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響,因此,要想生產(chǎn)出高強(qiáng)度緊固件,要有先進(jìn)的熱處理技術(shù)裝備。 由于高強(qiáng)度螺栓生產(chǎn)量大,價(jià)格低廉,螺紋部分又是比較細(xì)微相對精密的結(jié)構(gòu),因此,要求熱處理設(shè)備具備生產(chǎn)能力大,自動化程度高,熱處理質(zhì)量好的能力。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來帶有保護(hù)氣氛的連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線已占主要地位,震底式,網(wǎng)帶爐尤其適用于中小規(guī)格緊固件的熱處理調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)線除了爐子密封性能好以外,還具有先進(jìn)的氣氛,溫度和工藝參數(shù)計(jì)算機(jī)控制,設(shè)備故障警報(bào)和顯示功能。高強(qiáng)度緊固件從上料-清洗-加熱-淬火-清洗-回火-著色到下線,全部自動控制運(yùn)行,有效保證了熱處理質(zhì)量。 螺紋的脫碳會導(dǎo)致緊固件在未達(dá)到機(jī)械性能要求的抗力時(shí)先發(fā)生脫扣,使螺紋緊固件失效,縮短使用壽命。由于原料的脫碳,如果退火不當(dāng),更會使原材料脫碳層加深。調(diào)質(zhì)熱處理過程中,一般會從爐外帶進(jìn)來一些氧化氣體。棒料鋼絲的鐵銹或冷拔后盤條鋼絲表面上的殘留物,入爐加熱后也會分解,反應(yīng)生成一些氧化性氣體。例如,鋼絲的表面鐵銹,它的成分是碳酸鐵及氫氧化物,在加熱后將分解成CO?及H?O,從而加重了脫碳。研究表明,中碳合金鋼的脫碳程度較碳鋼嚴(yán)重,而快的脫碳溫度在 700 - 800 攝氏度之間。由于鋼絲表面的附著物在一定條件下分解化合成二氧化碳和水的速度很快,如果連續(xù)式網(wǎng)帶爐爐氣控制不當(dāng),也會造成螺絲脫碳超差。 高強(qiáng)度螺栓當(dāng)采用冷鐓成形時(shí),原材料和退火的脫碳層不但仍然存在,而且被擠壓到螺紋的頂部,對于需要淬火的緊固件表面,得不到所要求的硬度,其機(jī)械性能(特別是強(qiáng)度和耐磨性)降低。另外,鋼絲表面脫碳,表層與內(nèi)部組織不同而具有不同的膨脹系數(shù),淬火時(shí)有可能產(chǎn)生表面裂紋。 為此,在淬火加熱時(shí)要保護(hù)螺紋頂部不脫碳,還要對原材料已脫碳的緊固件進(jìn)行適度的覆碳,把網(wǎng)帶爐中的保護(hù)氣氛的優(yōu)勢調(diào)到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等,使已脫碳的緊固件慢慢恢復(fù)到原來的含碳量,碳勢設(shè)定在 0.42 %- 0.48 %為宜,覆碳溫度與淬火加熱相同,不能在高溫下進(jìn)行,以免晶粒粗大,影響機(jī)械性能。 緊固件在調(diào)質(zhì)淬火過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題主要有:淬火態(tài)硬度不足;淬火態(tài)硬度不均;淬火變形超差;淬火開裂。現(xiàn)場出現(xiàn)的這類問題往往與原材料,淬火加熱和淬火冷卻有關(guān),正確制訂熱處理工藝,規(guī)范生產(chǎn)操作過程,往往可以避免此類質(zhì)量事故。

 

　　8、高強(qiáng)度螺栓檢驗(yàn)

 

　　綜上所述,影響高強(qiáng)度緊固件品質(zhì)的工藝因素有鋼材設(shè)計(jì),球化退火,剝殼除鱗,拉撥,冷鐓成形,螺紋加工,熱處理等方面,有時(shí)則是諸種因素的疊加。

 

　　高強(qiáng)度螺栓藝流程

 

　　高強(qiáng)度螺栓鎳磷鍍的工藝流程由三部分組成:

 

　　一部分是前處理工序,包括高強(qiáng)度螺栓鍍前的精度和外觀檢查、手工除油、浸泡除油、酸洗、電活化和閃鍍鎳等工序;

 

　　二部分化學(xué)鍍鎳處理工序;

 

　　三部分是后處理工序,包括驅(qū)氫熱處理、拋光和成品檢查等工序。如下:

 

　　螺栓化學(xué)成分檢查→螺栓鍍前精度、外觀檢查→手工除油→外觀檢查→浸泡除油→熱水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→電活化→冷水洗→閃鍍鎳→冷水洗→去離子水洗→化學(xué)鍍鎳→去離子水洗→冷水洗→驅(qū)氫→拋光→成品檢查。

 

　　高強(qiáng)度螺栓關(guān)鍵工序

 

　　前處理工藝是決定高強(qiáng)度螺栓鎳磷鍍質(zhì)量的關(guān)鍵工序,此工序的目的是去除螺栓表面鈍化層并阻止鈍化膜的再生。該工序的執(zhí)行狀況直接決定了基體與鍍層結(jié)合的好壞程度。針對生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量事故大部分是由于螺栓前處理不好造成。在施鍍前要認(rèn)真地除盡螺栓表面附著的油污、銹跡和氧化皮;與電鍍的區(qū)別是應(yīng)更仔細(xì)檢驗(yàn),對處理不凈的螺栓不允許鍍覆。

 

　?、俾菟ǖ臋z查;目測檢查螺栓表面質(zhì)量,要求任何加工留下的毛刺要去除,尖銳的棱角邊緣須倒圓。

 

　?、谑止こ?保證基體表面無油漬。

 

　?、劢莩?將螺栓放入堿水煮以去除表面油污。

 

　?、芩嵯?為防止堿性除油溶液污染閃鍍鎳鍍槽,在閃鍍鎳前用酸洗液進(jìn)行電活化處理。

 

　?、蓦娀罨?用酸溶液進(jìn)行電活化處理。

 

　　⑥閃鍍鎳;對低合金鋼都應(yīng)該采用閃鍍鎳,以增加鍍層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。

 

　　高強(qiáng)度螺栓后工序

 

　　鎳磷鍍后處理包括驅(qū)氫、拋光兩個(gè)主要工序。

 

　　①驅(qū)氫;按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,鍍后驅(qū)氫溫度為200±10℃,處理時(shí)間2h。200℃有利于消除氫脆,松弛內(nèi)應(yīng)力,提高鍍層與基體的結(jié)合力,改善鍍層的耐腐蝕性能。

 

　　②拋光;拋光的螺栓外觀光亮,但為更好地提高鍍層質(zhì)量,平整微小的痕跡,得到光亮似鏡面的表面,需用拋光機(jī)拋光鍍層。