冷镦材料与热处理方法..docVIP

冷镦材料与热处理方法 一、冷镦工艺对金属材料的要求 1、冷镦用金属材料的机械性能要求 根据冷镦工艺特点，对钢材机械性能提出如下要求： 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； 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。如冷镦高强度螺栓时，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，就会使硬度提高,塑性降低，使冷变形性能变坏。但是在含碳量较低的钢中加入少量合金元素（如添加少量硼10B21、10B33钢），即可显著提高钢材强度，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； 材料的加工硬化敏感性能越低越好，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，则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较剧烈，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、Re、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 ⑴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。含碳量每提高0.1%，其屈服强度Re提高27.4MPa，抗拉强度Rm提高（58.8-78.4MPa），而伸长率A则降低4.3%,断面收缩率Z降低7.3%。当钢的含碳量＜0.5%、含锰量＜1.2%、断面收缩率Z=80%时，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，冷镦挤压用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢退火成具有最好的塑性组织——球状珠光体组织。对于变形程度为65%-85%的冷镦紧固件不经过中间热处理而进行三次镦锻变形，其含碳量不应超过0.4%。对当含碳量超过0.3%-0.5%的碳钢进行镦锻时，就要增加中间完全退火工序或者采用温镦。 ⑵锰（Mn） 锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO+MnO+Fe）主要为对钢脱氧而加入。锰在钢中与硫化铁作用（Mn+FeS+MnS+Fe），能减少硫对钢的有害性。所形成的硫化锰可改善钢的切削性能。锰使钢的强度有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑性变形性能是不利的，但是锰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，允许锰的含量为硫的五倍。除了成品的特殊要求外，不宜超过0.9%。 ⑶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。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较大时，对钢的塑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，冷镦用钢总是尽量减少硅的含量。 ⑷硫（S） 硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹。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%。镦制高强度紧固件时，应控制在0.04%以下。由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能，冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08%-0.12%，以利于攻丝。 ⑸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，在冷镦中使工件开裂。钢中含磷量要求控制在0.045%以下。 ⑹其他合金元素 铬（Cr）、钼（Mo）、镍（Ni）、钒（V）、钨（W）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镦工艺，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。 ⑴钢的组织结构 钢中除了铁素体外，还有珠光体。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。冷镦用钢要用尽可能均匀分布、球状的晶粒结构。 ⑵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