冷镦工艺对金属材料的要求

1、冷锻工艺对金属材料的要求1、冷锁用金属材料的机械性能要求根据冷锁工艺特点,对钢材机械性能提由如下要求：1屈服强度Re以及变形抗力尽可能低,这样可使单位变形力相应减小,以延长模具寿命；2材料的冷变形性能要好,既材料应有较好的塑性,较低的硬度,在大的变形程度下不致引起开裂.如冷锁高强度螺栓时,即可使用含碳量较高的碳素钢,又可使用含碳量较低的低合 金钢.如果增加含碳量,就会使硬度提升,塑性降低,使冷变形性能变坏.但是在含碳量较低的钢中参加少量合金元素如添加少量硼10B21、10B33钢,即可显著提升钢材强 度,从而满足产品的使用性能要求,同时又不损害其冷变形 性能；3材料的加工硬化敏感性能越低越好,

2、这样不致使变形过程中的变形力太大.材料的加工硬化敏感性可用变形抗力-应变曲线的斜率来反映.斜率越大,那么加工硬化敏感性越高.如 不锈钢0Cr18Ni9 SUS304的曲线斜率最大.这种材料的加 工硬化敏感性就比拟剧烈,随着变形程度的增加,变形抗力 急剧上升.钢材的机械性能不但表现原始坯料的Rm Ra A、Z及硬度等指标,不但受原材料的化学成分、宏观组织、微观组织等方面的影响,还受到材料准备过程中的拉拔及各道工序之间 的热处理影响.2、化学成分的要求碳C碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素.含 碳量越高,钢的强度越高,而塑性越低.含碳量每提升0.1%, 其屈服强度 Re提升27.4MPa,抗拉强度

3、 Rmfel高58.8-78. 4MPa ,而伸长率 A那么降低4.3%,断面收缩率Z降低7.3%. 当钢的含碳量V 0.5%、含镒量V 1.2%、断面收缩率Z=80%寸, 单位冷变形力P与钢材含C、Mn量之间的近似关系如下：P=1950C+500Mn+1860 MPa 1可见,钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的影响是 很大的.在实际工艺过程中, 冷锁挤压用钢的含碳量大于 0. 25%寸,要求钢退火成具有最好的塑性组织一一球状珠光体 组织.对于变形程度为 65%-85%勺冷锁紧固件不经过中间热 处理而进行三次锻锻变形,其含碳量不应超过 0.4%.对当含碳量超过0.3%-0.5%的碳钢进行徽锻

4、时,就要增加中间完全 退火工序或者采用温锻.镒M® 镒在钢的冶炼中与氧化铁作用 Mn+FeO+Mn O+FR主要为对钢脱氧而参加.镒在钢中与硫化铁作用 Mn +FeS+MnS+Fe ,能减少硫对钢的有害性.所形成的硫化镒 可改善钢的切削性能.镒使钢的强度有所提升,塑性有所降 低,对于钢的冷塑性变形性能是不利的,但是镒对变形力的影响仅为碳的四分之一左右.由于成品的特殊性能要求,允 许镒的含量为硫的五倍.除了成品的特殊要求外,不宜超过 0.9%.硅Si硅是钢在冶炼中脱氧剂的残留物.当钢中 含硅量增加0.1%时,会增加13.7mpa.经验说明,含硅量超 过0.17%且含碳量较大时,对钢的塑

5、性的降低有很大影响. 在钢中适当增加硅的含量,对钢的综合机械性能,特别是弹 性极限有利,还可以增强钢的耐蚀性.但是当钢中含硅量超 过0.15%时,使钢急剧形成非金属夹杂物,高硅钢即使退火 也不会软化,急剧降低钢的冷塑性变形性能.如果硅以硅酸 类形式存在于钢中,分散在钢中的细小颗粒会过快地磨损模 具.因此,除了产品高强度的性能要求外,冷锁用钢总是尽 量减少硅的含量.硫S硫是有害杂质.钢中的硫在冷锁时会使金属 的结晶颗粒彼此别离引起裂纹.硫的存在还促使钢产生热脆 和生锈.因此含硫量应小于 0.06%.徽制高强度紧固件时, 应限制在0.04%以下.由于硫、磷和镒的化合物能改善切削 性能,冷锁螺母用钢

6、的含硫量可放宽到0.08%-0.12%,以利于攻丝.磷P磷的固溶强化及加工硬化作用极强,在钢中 偏析严重,增加钢的冷脆性及回火脆性,使钢易受酸的侵蚀.钢中的磷会恶化冷塑性变形性能,在拉拔中使线材断裂,在 冷锁中使工件开裂.钢中含磷量要求限制在0.045%以下.其他合金元素铭Cr、铝M.、银Ni、机V、 鸨VV等合金元素对钢的冷变形性能的影响远不及碳那样 大.一般来讲,随着钢中合金元素的增加,钢的机械强度指 标、淬透性随之增加,冷变形性能随之降低.3、金相组织要求为使钢材能更好地适应冷锻工艺,对于钢的结构、晶粒 大小与形式、非金属夹杂物的分布都有一定的要求.钢的组织结构钢中除了铁素体外,还有珠光

7、体.含碳量越高,珠光体 数量越多.铁素体是软的基体,在软的基体中嵌有硬的珠光 体颗粒.成堆的珠光体分布对于冷变形是不利的,会形成裂 纹.钢材的组织要紧密均匀,因此.冷锁用钢要用尽可能均 匀分布、球状的晶粒结构.晶粒度金属的变形是由于晶粒的滑移和晶粒本身的变形而发 生的.在一定的体积内,细晶粒金属的晶粒数必然比粗晶粒 金属的多,塑性变形时位向有利于滑移的晶粒也较多,变形 能够较均匀地分散到各个晶粒.相应地细晶粒金属的变形不 均匀性和由于变形不均匀性所引起的应力集中均较小,使开 裂的时机也小,由现开裂前可承受的塑性变形量增加,对外反映由塑性较好.晶粒越小,所产生的激发相邻晶粒滑移的 应力也越小.为

8、使变形继续进行,必须增大外加的应力,对 外反映由变形抗力较大.因此冷锁不宜采用过细晶粒的钢材. 晶粒太大,又会使工件外表粗糙,产生明显的伤痕和裂纹.粗晶粒钢的加工硬化敏感性比细晶粒钢大,塑性较差,冷变 形性能也差.冷锻用钢的晶粒度要求为4-6级,晶粒的大小标准如下：晶粒平均直径约(0.02-0.06 ) mnp每mm晶粒数 约为250-2300个；晶粒的平均面积约(400-4000) 而.非金属夹杂物不管用什么方法冶炼钢材,总会有或多或少的非金属夹杂物. 氧化物或硫化物等夹杂物,会使金属紧密的晶体结构发生问 断.夹杂物的形式、数量和分布情况不同,对于钢材的冷变 形性能的影响也各异.冷锁用线材是

9、热轧钢材经冷拔后使用 的,在轧制和冷拔过程中,这些夹杂物已沿着变形方向被拉 长.一般说来,细微、均匀分布的夹杂物为害不大.细小且 分散的硫化物夹杂物可以较好地随着变形方向变形,因而较 其他一些随之变形的夹杂物为害稍小.特别有害的是氧化铝 夹杂物.氧化铝微小颗粒不仅极硬,会损伤模具；而且很难 与钢的基体结合在一起,常常在剧烈的冷变形中使工件产生 撕裂.粗的或者细而局部集中的夹杂物,对钢的冷锁性能影 响很大.4、外表质量要求普通热轧钢的外表状态大多数不够好.热轧钢材的外表 缺陷经过冷拔如果压缩比太小也无法消除,造成冷锁产 品的外表缺陷及废品,严重的将无法进行生产.坯料外表缺陷钢在冶炼时,钢锭留有的

10、气泡、缩孔等缺陷.经过热轧和冷 拔,使线材带有比拟严重的贯穿性纵裂,在徽锻时会明显地 暴露在产品外表.原材料在轧制中的折叠、耳子、偏析、裂 缝等缺陷,在冷徽中会造成严重危害.如：螺栓的断头、螺 母的开裂；工件在搓制螺纹时,螺坯被碾压成两半等.原材 料在酸洗中处理不当,在钢材外表产生麻点、锈蚀.如果麻 点、锈蚀稍微,经过冷拔,凹坑被拉长,在外表根本上显不 由痕迹,冷锁中不致于因此而由现裂纹.如果凹坑严重就会 形成裂口；裂口多呈现于工件变形量大的棱角处.材料外表 裂缝等缺陷越深,冷变形性能就越差.实验说明：无论冷拔 还是冷徽,裂纹的形状对于变形程度的影响不大,但是裂纹 深度的影响是很大的.对于变形

11、程度较大的冷锁材料,外表 缺陷的临界深度是 0.04-0.10mm,更深的缺陷必须预防.钢材在低碳气氛中加热会引起脱碳.虽然脱碳从产品的 外观质量看不由什么,但是工件外表含碳量的任何变化都会 对工件的机械性能产生重大影响.特别对含碳量0.30%以上的钢材,外表脱碳对工件的疲劳强度和耐磨性明显有害.为 预防脱碳材料在退火时,应使用保护气体.和脱碳相反的是渗碳.钢在高温高碳环境中会产生渗碳. 尽管渗碳对于成品是相当于在软核上产生硬壳是可以接受 的,有时是需要采用的方法,但是对于冷锁工艺来说是相当 有害的.有渗碳层的钢材外表象蛋壳那样又薄又硬.在材料 改制或者冷锁时,材料外表会产生裂口或者剥离,降低钢材 的冷变形性能.因此,冷锁用钢材应当完全预防脱碳和渗碳 钢材的脱碳和渗碳情况可采用金相显微镜检查.尺寸精度要求线材的尺寸精度对于冷锁产品质量及工艺过程有很大 影响.冷锁用线材和模具通常是专业化分别加工的.假设线材 直径超生最大允许值,那么徽锻时工件头