冷鐓工藝對(duì)材料的要求

但紅旭

【摘要】根據(jù)冷鐓工藝的特點(diǎn)，從材料的性能、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量、鋼材標(biāo)準(zhǔn)化、材料的改制過程等多方面分析冷鐓工藝對(duì)材料的要求。并突出說明了對(duì)冷鐓材料實(shí)現(xiàn)怎樣的優(yōu)化才能更加滿足冷鐓工藝的要求提出實(shí)際的措施。

【關(guān)鍵詞】冷鐓工藝、材料

引言

利用模具在常溫下對(duì)金屬線材鐓粗（常為局部鐓粗）成形的鍛造方法，稱之為冷鐓成形。冷鐓工藝對(duì)于大批量生產(chǎn)的汽車、摩托車、自行車、家電、工程機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)等零件的自動(dòng)化生產(chǎn)是必不可少的制造方法，同切削加工能工相比，金屬纖維（金屬流線）沿產(chǎn)品形狀呈連續(xù)狀，晶粒無(wú)斷開，因而提高了產(chǎn)品強(qiáng)度，特別是機(jī)械性優(yōu)良，且節(jié)省了原材料。

1、材料性能要求

根據(jù)冷鐓工藝特點(diǎn)，對(duì)冷鐓材料的性能有很高的要求：1）屈服強(qiáng)度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(zhǎng)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(shí)，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(huì)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(shí)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，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。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、材料微觀要求

同時(shí)，為使鋼材能更好地適應(yīng)冷鐓工藝，對(duì)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。1）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(duì)于冷變形是不利的，會(huì)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)。2）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(shí)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(gè)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(huì)也小，出現(xiàn)開裂前可承受的塑性變形量增加，對(duì)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(duì)外反映出變形抗力較大。因此冷鐓不宜采用過細(xì)晶粒的鋼材。晶粒太大，又會(huì)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(jí)，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(gè);晶粒的平均面積約（400-4000）μm²。3）非金屬夾雜物：不管用什么方法冶煉鋼材，總會(huì)有或多或少的非金屬夾雜物。氧化物或硫化物等夾雜物，會(huì)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(duì)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，這些夾雜物已沿著變形方向被拉長(zhǎng)。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(huì)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(duì)鋼的冷鐓性能影響很大。

3、材料表面質(zhì)量

還有，材料表面質(zhì)量要求也對(duì)冷鐓工藝影響很大，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（如果壓縮比太小）也無(wú)法消除，造成冷鐓產(chǎn)品的表面缺陷及廢品，嚴(yán)重的將無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)。?1）坯料表面缺陷：鋼在冶煉時(shí)，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，在冷鐓時(shí)會(huì)明顯地暴露在產(chǎn)品表面。原材料在軋制中的折疊、毛剌、偏析、裂縫等缺陷，在冷鐓中會(huì)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(shí)，螺桿直接裂開等。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(zhǎng)，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(huì)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(wú)論冷拔還是冷鐓，裂紋的形狀對(duì)于變形程度的影響不大，但是裂紋深度的影響是很大的。對(duì)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。

4、材料狀態(tài)性能

我國(guó)緊固件行業(yè)發(fā)生了較大的變化，國(guó)外鋼種的引進(jìn)，材料狀態(tài)性能都有很大提高，具體表現(xiàn)：1）采用國(guó)外鋼種牌號(hào)如10B22M，10B25LHC，MNB123H等，主要是出口訂單上規(guī)定要使用的牌號(hào);2）同一牌號(hào)的鋼種衍生出多個(gè)交貨狀態(tài)的品種，如SWRCH35K，有免退火、正火、退火+磷化交貨，滿足不同用戶的需求;3）大量采用合金、低合金鋼種，以適合耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的要求，如SNB5-7，SNB16（JIS4107—94），SNB21-24（JIS4108）;4）采用抗延時(shí)斷裂用鋼生產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)用螺栓抗拉強(qiáng)度超過1200MPa。國(guó)外一家公司新開發(fā)一種低碳低硬度鋼種，柔韌性好，便用變形，通過冷鐓冷作硬化，硬度性能可以達(dá)到12.9級(jí)螺栓要求，不經(jīng)過熱處理工序，有效避免了熱處理變形，保證緊固件尺寸、形位公差要求。

5、材料工藝要求

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。因此，材料改制過程中的優(yōu)化就顯得特別重要。

1）冷鐓盤條強(qiáng)度的優(yōu)化。如果冷鐓盤條含碳量較高，強(qiáng)度較高，可在拉拔前對(duì)其進(jìn)行軟化退火，使其降低冷鐓盤條的硬度，提高塑性和韌性，以便于冷變形加工。如果多道次拉拔使其成品絲中存在殘余應(yīng)力（殘余應(yīng)力是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和裂紋的根源），可利用再結(jié)晶退火，來消除或減少殘余應(yīng)力，降低冷鐓盤條的強(qiáng)度和硬度。

2）減面率及拉拔道次的優(yōu)化。減面率與拉拔工藝有直接關(guān)系，總減面率表明盤條冷拉到什么程度，部分減面率是確定拉拔路線的依據(jù)。同一含碳量的冷鐓盤條，由于總減面率的不同，就可判斷它的性能和工藝之難易。

【結(jié)語(yǔ)】隨著緊固件工業(yè)的迅猛發(fā)展，新鋼種不斷地開發(fā)和引進(jìn)，對(duì)外的出口日益增多，汽車、石油、機(jī)械各行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)配套的緊固件提出許多新要求，不但是形式尺寸上的，而且是性能與可靠性上的，實(shí)際上是對(duì)緊固件材料提出更高的要求，相信在不久的未來將有更多優(yōu)質(zhì)的材料出現(xiàn)，將更適用于冷鐓工藝變形，將更適用于產(chǎn)品性能和尺寸要求。

【參考文獻(xiàn)】

1. 上海市機(jī)械配件工業(yè)公司編.多工位冷鐓工藝.機(jī)械工業(yè)出版社.1975
2. 楊長(zhǎng)順.冷擠壓工藝實(shí)踐.國(guó)防工業(yè)出版社.1984
3. 龔茂良.緊固件冷擠壓技術(shù)及應(yīng)用.社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社.2013