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文章出處：螺絲百科 網責任編輯： 法士威精密零件 閱讀量： 發表時間：2024-04-25
冷鐓鋼盤條是用于制造螺栓、鉚釘等緊固件的原材料。冷鐓過程采用一次或多次沖擊加載，通過材料的冷作硬化提高工件的抗拉強度，改善材料的使用性能，其要求冷鐓用鋼具有良好的冷頂鍛性能。
為此，本文針對此問題對產品進行質量分析，找出冷鐓開裂的主要原因，以期望提高產品性能。
ML08AL冷鐓盤條所生產的螺母出現的質量問題，具有代表性的墩裂試樣，如圖1、圖2所示。
分析加工螺釘常規工藝，導致開裂的原因主要有四個方面：原料鋼絲表面裂紋、化學成分、夾雜物及顯微組織。
冷鐓盤條在出廠中均要逐批進行1／3級別以上的冷頂鍛和嚴格的表面質量檢驗，100％合格方可交貨，基本可以排除原料鋼絲表面裂紋。本文主要針對其他三個方面進行檢驗分析。
圖1鐓頭開裂樣
圖2掃描電鏡下觀察鐓頭開裂的宏觀試樣
2.1 化學成分分析
鋼材的化學成分是決定鋼材性能的基本因素，通過影響顯微組織影響鋼材性能。對生產的冷鐓鋼盤條進行化學成分檢驗，結果如表1所示。
s是鋼中的有害元素，使鋼產生熱脆性，它還能降低緊固件的疲勞強度和動載強度，任何種類的冷鐓鋼的含硫量都要盡可能低。
P也是鋼中的有害元素，存在于鋼中，會導致鋼冷變形脆性，同時作為雜質元素，會沿晶界偏析，引起晶界脆化，損害鋼的性能，所以應盡可能的低。從表1可以看出，生產的盤條化學各項成分均符合要求，且S、P含量遠低于要求上限。
表一盤條化學成分
2.2 鋼中非金屬夾雜物
鋼中非金屬夾雜含量高是造成標準件冷鐓開裂的一個重要因素。文獻表明，非金屬夾雜物是造成冷鐓開裂的主要原因之一。
其中，非金屬夾雜中B類和D類夾雜危害最大。Al2O3夾雜物的尺寸、距鋼材表面的距離對形成裂紋產生影響，夾雜物的尺寸越大，距鋼材表面越近則危害也越大。一般認為，表面層(2mm)的B類夾雜不應大于10～15。
將墩裂試樣放人丙酮溶液中，經過超聲波清洗以后，在掃描電鏡下觀察，可以在墩裂的裂紋處看見大量夾雜物存在，如圖3所示。
圖3掃描電鏡下觀察墩裂試樣的宏觀裂紋
應的能譜分析，如表2所示。
表2宏觀裂紋附近的掃描結果
通過圖3發現，裂紋處存在很多非金屬夾雜物，尺寸大小基本在10斗m以上。然后進行能譜分析，然后將墩裂試樣的橫截面磨平、拋光，在掃描電鏡下觀察。在裂紋附近，同樣發現了大量的夾雜物存在，如圖4所示。對應的能譜分析如表3所示。
圖4掃描電鏡下觀察到裂紋處存在的夾雜物
表3鐓裂處電鏡掃描結果分析
由于ML08Al盤條規格在①8mm以下，加工過程拉拔減面率極大，原位于盤條內部的夾雜物隨著拉拔鋼絲絲徑減小逐漸移至近表面，雖然未形成鋼絲表面裂紋，但是在下一步冷鐓工序中也會導致螺釘開裂。
2.3 顯微組織
冷鐓盤條的顯微組織應該為鐵素體+粒狀珠光體(F+P)，標準一般都規定組織為2～4級，不得有片狀珠光體和貝氏體。珠光體球的尺寸和分布是影響冷鐓性能的主要因素，理想組織是珠光體球粒大小相近并均勻分布在鐵素體基體上。
珠光體不同顯微組織性能從好到壞的排列順序為：粒狀珠光體、索氏體、細片狀珠光體、片狀珠光體。金屬形變最突出的特點是其不均勻性14】。
當組織中存在一定的魏氏體組織時，會加劇拉拔變形過程中的形變不均勻性，從而導致應力集中。應力集中導致局部拉應力超過材料的強度極限，材料產生斷裂。緊固件技術人才都在螺絲知道。為此，通過試驗來觀察冷鐓鋼試樣的組織形貌和晶粒大小。
將鐓裂的試樣和正常樣分別標記為a和b。將試樣清洗后，在2％硝酸酒精溶液中浸蝕，然后在金相顯微鏡下放大200及500倍觀察組織并拍照，如圖5、圖6所示。
過圖5、圖6所示的冷鐓鋼金相組織可以發現，兩者的基體組織都是網狀鐵素體+珠光體。
冷鐓開裂試樣中的金相組織由于受到頂鍛壓力的作用，組織形狀發生變形，這屬于正常現象。同時兩者的晶粒尺寸并沒有發生明顯的變化，也沒有出現如魏氏組織、馬氏體等脆性相。
圖5200倍下觀察的試樣金相組織
圖6500倍下觀察的試樣金相組織
通過化學成分分析可知，ML08AL的各項元素指標均在標準范圍之內，且有害元素S、P的含量遠低于要求上限，因此化學成分不是造成產品冷鐓開裂的原因。
由螺栓工件的形狀可知，帽檐處直徑最大，因此，冷鐓加工過程中帽檐處金屬的塑性應變最大，所承受的拉應力最大，最容易產生開裂缺陷。
加工過程拉拔減面率極大，原位于盤條內部的夾雜物隨著拉拔鋼絲絲徑減小逐漸移至近表面，雖然未形成鋼絲表面裂紋，但是在下一步冷鐓工序中就會導致螺釘開裂。在裂紋附近發現的夾雜物正好成為裂紋源，因此，認為夾雜物是產生裂紋的主要原因。
過對顯微組織的分析可知，鐓裂試樣和正常試樣的顯微組織均為網狀鐵素體+珠光體，沒有出現如魏氏組織、馬氏體等脆性相，故可以說明金相組織不是試樣開裂的主要原因。
針對夾雜物的產生原因，通過制定嚴格控制轉爐下渣、優化精煉渣系、全程保護澆注等措施，鋼中夾雜物數量及尺寸有了明顯改善，產品質量得到了保證。
