冷镦线材改制加工工艺.docx

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冷镦线材改制加工工艺

1、序言

紧固件制造业是现代工业的基础，而紧固件质量的优劣很大程度上取决于其所使用的冷镦材料的质量。

其中如成分偏析、疏松和夹杂物等材料的冶金质量，作为使用者的机械厂往往难以改变。

但材料的强度、硬度、塑性、组织结构和韧性，则与随后的材料加工过程有着密切的关系。

这些性能实际上就是材料的冷镦性能、切削性能、热处理性能的体现。

因此研究和掌握冷镦线材的加工工艺特性是制造优质冷镦线材和保证紧固件质量的基础。

2、冷镦线材的选择：

2.1、钢材牌号选择

钢材牌号应根据产品图纸和相关国家标准的要求进行选择，表1可供选材时参考（见表1）。

也可选择相应日本牌号的材料（见表2）。

表1钢材牌号的选择

材料牌号

执行标准

适用螺栓机械性能等级

适用螺母机械性能等级

Q235-A

GB/T700-2006

4.8

4、6、04

15#~25#

GB/T699-1999

4.8

4、6、04

ML15~25

GB/T6478-2000

4.8

4、6、04

35#、45#

GB/T699-1999

6.8、8.8

6、8、10、05

ML35、ML45

GB/T6478-2001

6.8、8.8

6、8、10、05

40Cr

GB/T3077-1999

8.8、9.8、10.9

10、12、05

ML40Cr

GB/T6478-2001

8.8、9.8、10.9

10、12

35CrMo

GB/T3077-1999

9.8、10.9、12.9

10、12、05

ML35CrMo

GB/T6478-2001

9.8、10.9、12.9

10、12

ML42CrMo

GB/T6478-2001

10.9、12.9

10、12

注：

当紧固件规格较大时为保证材料热处理性能，应选用较高一个档次的材料。

表2几种材料牌号的选择

日本钢材牌号

相当于我国牌号

适用螺栓机械性能等级

适用螺母机械性能等级

SS41

235-A

4.8级

4、6、04级

S15C～S25C

15#～25#

4.8级

4、6、04级

SWRCH35K

35#

6.8、8.8级

6、8、10、05级

SWRCH45K

45#

6.8、8.8级

6、8、10、05

SCr440

40Cr

8.8、9.8、10.9

10、12、05

SCM435

35CrMo

9.8、10.9、12.9

10、12、05

2.2、拉丝车间应按生产计划领取经检验合格的原材料进行材料改制，检验不合格的钢材不能投产。

3、改制工艺：

3.1、钢材（盘圆）改制工艺流程：

材料球化退火酸洗清洗磷化皂化

中间退火

辗尖拉拔入库。

在金相组织正常和拉拔减面率不大于35%的情况下，中低碳钢一般可不进行球化退火，而直接进行拉拔，但中碳合金钢应在退火后进行材料改制，当材料需要两次或两次以上拉拔时，第一次的拉拔比宜控制在20%～25%，最后一道拉拔前应进行中间退火处理，且拉拔比宜控制在15%～20%。

3.2、退火

3.2.1、退火工艺

a、球化退火：

热轧盘条的首次退火一般在真空退火炉或井式炉中进行球化处理，其目的是使珠光体完全球化并均匀分布在铁素体的机体上，使材料获得最好的塑性和最低的硬度。

其工艺为750℃~780℃充分加热，然后在680℃~700℃等温转变。

具体的参数取决于炉型、材料的种类和装炉量，合适的工艺需要通过实验确定。

b、再结晶退火：

经过加工的材料，第二次退火应采用再结晶退火处理，同样是在真空炉或井式炉中进行。

其目的是使产生了加工硬化的材料消除应力，使各向异性的铁素体组织重结晶，重新软化回复良好的塑性。

其工艺为680℃~700℃充分加热保温，随炉冷却到550℃出炉。

具体的参数取决于炉型、材料的种类和装炉量，合适的工艺需要通过实验确定。

3.2.2退火作业

a、操作者应熟悉真空退火炉的安全操作规程，并按给定的球化退火工艺进行操作,每隔1～2小时检查一次炉温,并作好记录。

b、退火装炉量应控制在真空退火炉的额定装载量范围内,不得超负荷生产。

待退火线材捆扎不宜过紧,以便于均热。

装炉要领：

装出炉时应注意勿使炉口密封受损、尽可能相同材质和状态的材料同炉处理、材料入炉不要阻碍炉内气流循环、潮湿的材料升温到300℃后提升炉盖排除水汽5分钟后在重新盖好盖升温。

c、炉子被抽真空后应回充氮气，真空度应达到1330～133Pa，如果不回充氮气，则炉内真空度应达到133～13.3Pa。

充入炉子内氮气的纯度为99.99%,低于此纯度的氮气不能使用。

d、炉子抽真空同时可开始升温，升温速度应不大于200℃/小时。

炉子到温后，其温差不得超过±10℃。

e、整个退火周期内，炉口应通冷却水以保护炉口密封材料，冷却水流量应控制在1～2m3/h，出水口的水温应小于55℃。

f、出炉：

出炉温度设置必须考虑热电偶与炉内实际温度的差异，炉子的控温热电偶通常在炉子的马佛罐外边，而炉内的温度，尤其是捆扎得很紧密的线卷的里层的材料的温度在降温阶段比仪表显示的温度高很多。

这一点在冬天尤其如此。

因此不能盲目的相信仪表的显示。

g、退火后的钢材应进行硬度检验（HB或HRB）、冷顶锻试验、表面脱碳层和金相组织检验。

①硬度：

中碳结构钢退火后的硬度不大于133HB（或80HRB），中碳合金结构钢退火后的硬度不大于151HB（或86HRB）。

②冷顶锻试验：

冷顶锻后与冷顶锻前之比：

对法兰面螺栓、内六角螺钉等为1/4合格，对六角头螺栓、螺母等为1/3合格。

③表面脱碳层：

表面不完全脱碳层≤1.0%d（d—材料直径），退火后表面不允许有铁素体层。

④金相组织：

对用于法兰面螺栓、内六角螺钉等冷镦变形大的材料其球化退火后的组织应为5～6级；用于六角头螺栓等的材料其球化退火后的组织应为4～6级；用于螺母等的材料其球化退火后的组织应为3～6级；金相组织的检验依据JB/T5074-2007进行检验。

3.3酸洗

3.3.1酸洗液的配制（见表2）

表2

成份

配比

备注

盐酸

50-80%

工业盐酸浓度36%

清水

50-20%

要求

新酸洗液配制时,先放足量水后放入盐酸.酸洗液使用过程中,如果浸泡15分钟效果不佳可适当添加盐酸。

注意：

并非是新酸的腐蚀能力最强，而是新旧算混合使用时具有最强的腐蚀能力。

3.3.2、上料

盘元穿上吊架横梁后应去掉捆扎带，再将线卷吊起1米高后快速落下摔打线卷，同时向前滚动120°左右，换一个位置吊起材料再次摔打。

如此至少三次，直到线卷完全松散，注意：

地面上垫一块厚钢板，并及时扫去氧化皮。

3.3.3酸洗

用吊车将线材平稳吊入酸洗槽中，在酸洗过程中应将材料上下串动2次左右，以保证各部位的线材与酸接触。

为防止氢脆或过酸洗，浸酸时间不宜过久，，室温酸洗一般不超过十五分钟，视线材表面达到银灰色为止。

材料酸洗后表面呈银灰色，应无氧化皮，锈迹和黑斑。

3.4、清洗:

经酸洗后的线材应迅速放入流动清水缸，并上下来回串动，然后用高压水冲洗材料表面残酸及附着物，冲洗后的线材表面不应有棕黄色。

3.5、磷化、皂化（见磷化、皂化工艺规程）。

3.6、干燥：

经中和挂浆后的线材应立即干燥处理.一般采用阳光干燥法和炉火烘干法。

3.7、辗尖：

拉拔前材料头部应辗尖,其长度为100～150毫米左右,直径控制在能顺利通过拉丝模。

3.8、拉拔

拉拔在拉丝机上进行。

根据不同产品的冷镦工艺选取拉丝模拉,装好即可拉拔。

拉后的成品线材直径尺寸应符合冷镦工艺要求的直径尺寸，表面无影响使用的麻点、拉痕、裂纹等。

3.8.1、对采用马钢、邢钢SWRCH35K热轧线材生产的M6～M12规格的8.8级的六角头螺栓，不进行球化退火处理，一次性拉拔到成品丝尺寸；对其它钢厂生产的SWRCH35K、35#、ML35热轧线材生产的8.8级六角头螺栓，应进行球化退火处理后，再一次性拉拔到成品丝尺寸，这两种情况的总拉拔比应小于25%；对采用SWRCH35K、35#、ML35热轧线材生产的8.8级法兰面螺栓、内六角螺钉等变形量较大的产品应先按10%～15%的拉拔比进行预拉拔，再进行球化退火处理，然后再拉拔到成品丝尺寸，最后一次的拉拔比应小于10%。

原材料的规格选用参见附表A。

3.8.2、对采用40Cr、ML40Cr热轧线材生产的10.9级六角头螺栓，应先进行球化退火处理，再一次性拉拔到成品丝尺寸，总拉拔比应小于20%；对采用40Cr、ML40Cr热轧线材生产的10.9级法兰面螺栓、内六角螺钉等变形量较大的产品，应先按10%～15%的拉拔比进行预拉拔，再进行球化退火处理，然后再拉拔到成品丝尺寸，最后一次的拉拔比应小于10%。

原材料的规格选用参见附表A。

3.8.3、对采用35CrMo、ML35CrMo热轧线材生产的12.9级六角头螺栓，应先进行球化退火处理，再一次性拉拔到成品丝尺寸，总拉拔比应小于20%；对采用35CrMo、ML35CrMo热轧线材生产的12.9级法兰面螺栓、内六角螺钉等变形量较大的产品，应先进行球化退火处理，再按比成品丝尺寸大0.3～0.5mm进行预拉拔，再进行中间退火处理，然后再拉拔到成品丝尺寸。

原材料的规格选用参见附表A。

3.8.4、对采用中碳钢生产的六角螺母，先进行球化退火处理，再一次性拉拔到成品丝尺寸。

原材料的规格选用参见附表B。

3.8.5、对双头螺柱产品，不进行球化退火处理，而一次性拉拔到成品尺寸。

3.8.6、对自攻螺钉产品，因原材料没有合适的规格，一般只有φ6.5mm的规格，因此，需要二～四次的拉拔，在最后一次拉拔前，应进行球化退火处理，再拉拔到成品丝尺寸。

可参见附表C。

特别注意：

经拉拔后再进行中间退火的线材，退火前的拉拔压缩比必须避开临界压缩比，以防止中间退火时晶粒胀大、塑性降低甚至报废。

不同材料的临界压缩比为：

A3钢7%～16%、35钢8%～15%

压缩比计算公式：

×100%

原面积-拉拔后面积

σ=——————————

原面积

附表A标准粗杆和细杆螺栓冷镦用线材尺寸表：

产品规格

M8X1

M10

M10X1.25

M10X1

M12

机型

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

双击

公称值

Φ4.80

Φ4.35

Φ5.80

Φ5.22

Φ7.80

Φ7.03

Φ7.80

Φ7.22

Φ9.80

Φ8.85

Φ9.80

Φ9.03

Φ9.80

Φ9.2

Φ11.70

Φ10.70

公差

0-0.03

0-0.04

0-0.05

0-0.04

0-0.05

0-0.04

0-0.05

三工位

公称值

Φ4.75

Φ4.31

Φ5.75

Φ5.18

Φ7.75

Φ7.0

Φ7.75

Φ7.18

Φ9.75

Φ8.80

Φ9.75

Φ9.00

Φ9.75

Φ9.15

Φ11.65

Φ10.57

公差

0-0.03

0-0.04

0-0.05

0-0.04

0-0.05

0-0.04

0-0.05

四工位

公称值

Φ11.60

Φ10.45

公差

0-0.05

原材料规格

φ5.5

φ5

φ6.5

φ6

φ9

φ8

φ9

φ8

φ11

φ10

φ11

φ10

φ11

φ10

φ13

φ12

产品规格

M12X1.25

M12X1.5

M14

M14X1.5

M16

M16X1.5

M18

M18X1.5

M20X1.5

机型

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

粗杆

细杆

双击

公称值

Φ11.70

Φ11.03

Φ11.70

Φ10.85

Φ13.70

Φ12.55

Φ13.70

Φ12.85

公差

0-0.05

三工位

公称值

Φ11.65

Φ10.95

Φ11.65

Φ10.80

Φ13.65

Φ12.50

Φ13.65

Φ12.80

Φ15.65

Φ14.50

Φ15.65

Φ14.75

17.60

16.20

Φ17.65

Φ16.75

19.65

18.75

公差

0-0.05

四工位

公称值

Φ11.60

Φ10.90

Φ11.60

Φ10.75

Φ13.60

Φ12.45

Φ13.60

Φ12.75

Φ15.60

Φ14.45

Φ15.60

Φ14.70

17.55

16.15

Φ17.60

Φ16.70

19.60

18.70

公差

0-0.05

原材料规格

φ13

φ12

φ13

φ12

φ15

φ13

φ15

φ14

φ17

φ15

φ17

φ16

φ19

φ18

φ19

φ18

φ21

φ20

说明：

1）、本表仅供参考，选用材料规格还应根据具体产品、具体加工机床确定。

2）、当螺杆较长时应适当缩小用料直径，螺杆较短时应取上限。

3）、头部用料较多时，应选较大的料。

4）、对于需要镦后磨削滚丝的产品，需选用较大料时根据冷镦工艺确定。

附表B六角螺母冷镦用线材尺寸表

产品规格

M8×1

M10

M10×1

M10×1.25

M12

M12×1.5

多功位

冷镦机

公称值

φ12

φ15

φ17

公差

-0.05

原材料规格

φ13

φ16

φ18

产品规格

M12×1.25

M14

M14×1.5

M16

M16×1.5

M18

M18×1.5

多功位

冷镦机

公称值

φ17

φ20

φ22.8

φ25.8

公差

-0.05

原材料规格

φ18

φ21

φ24

φ27

附表C自攻螺钉拉拔次数和退火位置

原材料规格

φ6.5

产品规格

拉拔规格φ

第一次

第二次

第三次

第四次

ST3.5×L

5.2

4.1退火

3.2

2.75

ST3.9×L

5.2

4.1退火

3.1

ST4.2×L

5.2

4.2退火

3.3

ST4.8×L

5.2

4.2退火

3.8

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