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1、书 串书申 串书 综 述 串书 书申串书 不锈 钢 紧 固件生 产工艺 广, I 市标准件工业公司伦穗生曹希蚤何国垒 优质不锈钢觜固件是高附加值产品,歇美市场售竹高达每吨一万美元国内外都有广阔 市场开发不锈钢紧固件,不仅能产生巨大的经济效益还可以将紧回件生产的工艺技术提 高到一个新的水平,这对改变国内紧固件行业的面貌提高中国紧固件行业在国际同行业 中 的声誉和地位都有重大作用 开发不谤钢紧固件难度较大与普通碳钢相 比,不锈钢冷加工硬化髓显、导热性差 ( 导 热系数约为碳钢 1 4 ) 、线膨胀系数大,导致冷镦变形抗力大、发热量高、散热差,并带来 一 系列 同题总之,若要开发不锈钢紧固件成功 必
2、须抓住材料、软化处理、润滑、工模 具产品光亮热处理和表面抛光等关键缺一不可 目前国内生产不锈钢紧固件,多数未船摆脱切削加工,冷镦工艺技术尚未成熟不锈 钢冷镦工艺及其外围关键技术,如材料筛选 软化技术、润滑剂和专用清洗剂的研制、光亮 处理、提高模具寿命等均已列入行业 八五 期间重点科技攻关项 目鉴此,我们在蒋绍强 总工程师的指导下,广泛收集国内外有关资辩并加以分析,以及结台广标公司的一些工作体 会撰写本文借以抛砖引玉,旨在促进我国紧厨件行业 的不锈钢觜固件生产工艺技术的全面 提高 。 不锈钢材料及 其选用 ( 1 )不锈钢的分类和选用 国标 GB t 2 2 0 7 5按金相组织类型的不同,把不
3、错钢分为奥氏律型、马氏体塑、铁素律 型奥氏体铁紊体型及沉淀硬化型五娄根据我国 目前常用不锈钢的情况,本文只介绍前 三种类 型 的材料 1 奥氏体型不锈钢一如 O Cr I 8 N 、OC r s Ni i 1 C r I s Ni, 、1 C r I 8 Ni g T t 等这类钢的特 点是,耐蚀性 比铁索体型和马氏体型都强:加热时组织不变,淬火不会强化;切削加工性 比 铁索体钢差 ;冷加工硬化明显,导热性差是我国 目前紧固件生产最常用材料之一,其 中, C r 。 Ni i 钢有滥 f 1 的倾向由于大多鼓使用场舍不存在产生晶同腐蚀的条件,故投有滥用 稳定 化 的 l Cr 1 日 Ni 9
4、 Ti 的必要 在新 国标 中, 1 C r 1 日 Ni i 刭为 淘 汰钢 种 ,推 荐用 0 Cr 】 s Ni 1 o 和 0 0 C r Ni 。 代替 它们 的工艺性能和耐蚀性能均 比 1 C r 。 H Ni 9 T i 好 适 当增加 Ni 古量,可改 善冷加工硬化性能 提高耐蚀性,如 1 C r 1 s Ni n的馓锻性 比0 C r 】 s Ni 好在 1 8 C r - - 8 Ni 钢中加人 3 Cu 玲镦性 能改善,能承受加工盘头扁圆头十字槽 小螺 钉等大变形量的 镦锻 井可 满足 自攻 钉螺纹 强度 和耐 紧固转 矩强度 的要求 可 用作 自攻钉 6 维普资讯 ht
5、tp:/ 奥 氏体钢 冷 加工硬 化 明显 。其 圾合适 盼加 上方 法 楚,把 工件 加热 到 3 0 0 “C或 8 0 0 左 右 进行温镦 这需要 在冷镦 机中 增 加材料 速加 热装骨 ,并选用 合适 的润 滑剂 此外 ,采 用 温镦时 ,还应考虑 材料 的软化处理 和模具 的服役 条件 2 。 马氏 体 型 不锈 钢 一 如 I Cr 2 Cr 1 cr 1 7 Ni 2 等 这类 钢在 常温 下 有 较好 的 耐蚀 性 能,淬火后能大大提高材料的硬度和强度改善耐蚀性能退火状态下塑性高,但耐蚀性能 下降马氏体钢的切削加工性和抛光性能 良好广泛用于制作螺拴 、螺母 机螺钉和 自攻钉
6、等 3 。 铁 素体 型 不 锈钢 一 如 I Cr I Cr l 7 Mo等 这类 钢 的特 点是 ,耐 蚀性 比马 氏体 钢 强 , 仅次于舆氏体钢耐应力腐蚀能力和高温抗氧化性能良好,不宜在硫酸中使用如热时组织 不变, 不会 因淬火而 强 化切 削加 工性 比奥 氏体型钢 好 冷 加工硬 化程度 比舆 氏体型 钢 小 由于不同温度下 的脆性倾 向较大,不宜用于 自攻钉一类的紧固件 二、不锈钢材料 的热处理 不同类型的不锈钢材料其热处理工艺方法是不同的舆氏体型钢的热处理工艺方法, 主要包括固溶处理( 通过加热和淬火,实现软化) 、稳定化处理、去应力处理和消除 相脆 性四种固溶处理是舆 氏体不
7、锈钢热处理最重要一环马氏体型钢的热处理工艺方法 主要 包括退火( 软化) 、去应力 淬火 十回火三种马 氏体型不锈钢一般经淬火、回火后使用 , 可在较大范围内改变钢的机械性 能铁索体型钢的热处理工艺方法主要包 括退火( 软 化) 、消除 4 7 5 “C脆性消路 口相脆性和消除冷变形加工应力四种铁索体型不锈钢通常经 7 6 0 7 8 0 加热 保温,空冷或水冷后使用 三、不锈钢紧 固件的镦锻成形 ( 1 )设 备 不锈钢 ( 特别是舆氏体型)冷镦加工硬化明显变形抗力增加,所需成形力 为普通低碳 钢的 1 8倍,故 同样大小的零件,冷镦不锈钢用的设备,其规格要比碳钢用的规格太一号 动力太一倍,
8、特别对铬锦系加工硬化钢更是如此 ( 2 )工 艺 与普通碳钢相比冷镦不锈钢应在工艺上作如下 整 1 缩小每次镦锻的变形量 每次变形量控制在 5 0 6 0 之 内以保证模具所受的单位 压力一般不超过 2 0 0 k g mm 为此,可采用增加冷镦工位或用挤压与镦租相结合的大料小 变形等方法 ,减少镦锻剧烈程度 如 M8螺拴可加大坯料直径用 中1 0 ,减少 头部镦租变形 量 以杆身正 挤压减 轻 实现 正挤 变形 度 4 8 头鄂 六方镦 粗 长径 比为 1 5 : 1 此 法特别 适用 于内六角螺钉 2 在 6 0 0 “ C以下镦锻 寸 ,冷( 温 )镦 工 之 问应增 加 固溶( 软化
9、)处 理 工序 ,使 硬度 降至 HBl 9 9 ( HRB9 7 ) 以下( 奥 氏体钢 降至 HBl 4 0以下 ) ,减少 变形抗力 ( 3 )修 正工 横具尺 寸,提高工 横具 质置 不锈 锯 冷加工 时,发热 量大 ,导热性茬 工件膨 较 大 不 能照搬冷镦 普通 碳锅所用 工 模其的公 差和型 腔 尺寸 应 根据材 树的线 蟛 9 K 系数 、 辞热 系数 工 件形状种 变形度等 进行 修 维普资讯 http:/ 正 目前 ,一 些 工厂用 于 玲镦 碳 钢 的 Tl 0 A、6 0 S i 2 Mn 、GCr 9 S i Cr 等 一 类工 模 具材 料 用于不 锈钢 时 , 由
10、于 使 用寿命太 低 ,难 以实现不 锈钢 紧 固件的批 量生产 和保证 产 品的质 量 为此必须提 高工模具的强韧性、耐磨性和抗咬台力主要措施是选用优质的工模具材 辩、先进 的热处理设备和工艺、表面强化、改进模具结构设计、选择合理的润滑等 新型模具材料 ( 如 0 1 2 A L 、L D、6 5 Nb 、L M, 、7 c r s i Mn M0 V等)以及钢结硬质含金 GD、 GM 、GT、Gw 等,对提高模具寿命有明显效果采用钼系高速钢代替铬系高速钢 制作工模具可减少热胶着高速钢制工模具加上 T i C和 T i N复合表面强化处理可提高 寿命 1 - - 3 倍工模具热处理应采用保护
11、气氛或真空加热,表面强化可采用气体软氮化、渗 硼、氮化铽酸化钛复台涂层等氮化敬的润滑性 比碳化钛好,碳化钛比氮化钛硬,故涂复 氮化铽用于冲头、阴模、切料刀等工模具上,碳化钍则用于螺纹工具上冲头采用 T j N T i C复合涂层,可获得高硬度、高耐磨、高润滑性能,减少热胶着和磨损,使用寿命大大提 高表面强化处理对 防止热胶着、减少磨损特别有效,是提高模具寿命最简单 、有效、经济 的办法国外各类模具寿命平均比我国高 3 5 倍,只要适 当选用新型模具材料 采用先进 的热处理设备和 工艺,加上表面强化处理,完全可 以把模具寿命提高蓟接近国外 的先进水 平 在横具结构上可采用带预应力套的组合横、硬质
12、合金镶块等要注意去掉模具的尖角 和使横内拐角处带有 圆弧避免产生死 区金属和切断润滑膜模具型腔应考虑星三向压应力 状态并采用抛光或研磨粗糙度应达 廷 f )以上有资科介绍研磨可使模具寿命 提高一 倍 以上 在使用和保存冷镦工模具之前,加热到圆火温度以下进行消除应力,也是延长模具寿命 的一个 好办法 ( 4 )不锈钢镦锻 ( 挤压)成形 的髑滑 润滑的好坏,决定着不锈钢镦锻的成败润滑剂质量和合理的选用,对工模具寿命、工 件的表面质量和成型性都有很大影响,不同种类的润滑油会影响六角孔 冲头寿命 2 3 僚 甚至 1 0 倍 因此。 润滑 问露必须给予足够重视尽管不锈 钢硬度与碳钢相近 ,其加工载
13、荷、发热量翻热胶着均比碳钢太 故不能采用普通碳钢冷镦时那样简单的润滑或冷却 目前,用于不锈钢冷镦最有效的润滑方法是,用革酸盐薄膜加金属皂再结合使用古极 压添加剂的高压澜滑油由于磷酸盐与不锈钢 中的 Nj 、C r 、Mo 元素,特别是 C r 元素,难 以产生化学反应井生成金属盐薄膜故不锈钢不宜采用磷化处理面应用草酸盐处理并在工 件加工成形盾将草酸盐薄膜除去 对普通碳钢来说 最有效 的润滑方法是磷酸盐薄膜处理 ( 磷化)加盒炳皂,再用普通矿物油澜潸 此外,慷锅处理再涂敷金属皂,也是一种有效的润滑方法美国长期使用铜或氧化物作 润滑涂层厚度 5 一l 0 微米,在冷镦、搓丝过程中都能起润滑作用镀铜
14、前,要脱脂 、酸洗 和水洗,清除坯件表面杂质 话化表面金属,然后在硫酸铜或焦磷酸铜溶液中着铜工件加 工成形后,需经酸洗去铜 上述两种方法都 比较好惟草酸盐薄膜在湿气或受热氧化时,会生成草酸铁而失去润滑 作用 因而不能长期保存,且表面不光滑着铜则较稳定,可长期保存但去铜时易引起螺 纹表面不光 滑 上述两 种方 法不足之处是 ,前后 工序 较 多,处 理较麻烦 因此 需要 研 制一 种能耐高温、高压的冷激 锈钢用的骢滑油 ( 普通润滑油使用温度为 l 0 0 2 5 ,玲镦 一 8 一 维普资讯 http:/ 锈锕润滑油则为 2 5 0 -4 0 0 “C) 目前国外些国家和台湾已使用这类润滑油国
15、内一些高等 院校和研究单位 也 在研 制 之中 根据我们对收集的资料分析。这类润滑池是 由矿物油加极压添加剡而成添加剂主要是 硫化物 氯化物和磷化物 使用温度可在 6 0 - “ 6 0 0 “C之问。氯化物在 1 8 0 “C左右就能和铁发 生反应,3 O 0 左右产生润滑膜效应 硫化物在 2 8 0 -8 0 0 C有润滑作用磷化物有防止热胶 着和使形状平滑的作用根据服役条件和使用温度的不同,合理搭配上述三种添加剂便能 得到理想的润滑效果镦锻温度高时可把固体润滑剂( 如石墨 二硫化钼等)加人高压 润 滑油中,3 0 0 “C以下用二硫化钼。3 0 0 -5 0 0 “C用石 墨也可 以把这
16、 两种 固体 润滑刹一起 加 入并加入氯化石腊、脂肪酸脂等效果更好变形度越太温度越高越需要使用高牯度 的润 滑刹 最后还有用水作冷却剡和润滑材料载体的润滑剡。在水中加入石墨、二硫化钼或硅酸 盐 硼酸盐和一定量的乳化剂( 如脂肪酸脂 、聚乙烯酸、有机硫酸盐等) ,以及活化表面金 属的活性刹 ( 如含钙 钡 镁等的有机硫酸盐聚丙烯酸甲酯等) 使润滑材料在水 中均匀分 布并形成多褶稳定体系把这种润滑荆涂在工件和模具上通过镦锻时发热。水份蒸发石 墨 二硫化铝等成干膜粘附在摩擦表面而起润滑作用 此法在七十年代初 ,国外便广泛采 用国 内较为成 熟的水基石墨润滑剂是山东南墅石 墨研究所研 制的 MD一2
17、、MD一1 0 MDl 2型非石墨水溶性润滑剂 ( 主要用硅酸盐 硼酸盐等配 5 4 ) 。有广州机床研究所研 翩的 、 v J l wJ 2型最高润滑成膜温度 为 3 6 0 -3 8 0 1 3 这类润滑荆的优点是冷却性 能好 ,更 宜用于温镦 、温挤 压 资料表明,奥氏体不锈锕在 3 8 0 “C以下进行挤压时毛坯经软化处理及草酸盐处理后 在模具上涂刷 5 7 油酸+ 2 6 石墨+ 1 7 - -硫化钼的润滑荆。挤压应力最低 零件光洁其 次是。8 5 氯化石腊+ 1 5 二硫化钼其三是油荆石墨 ( 如气缸油+ 石墨) 效果最差的是水 刹石墨。在 4 0 0 “- 7 0 0 挤压时用
18、2 5 石墨+ 7 5 B 2 O 3 作润滑荆较好。其摩擦系数低 不 易热胶 着 ,且无 毒性 。 能 同油 品混 合 在 8 0 0 13挤压 时则 角低 温 瓷釉 粉 或硼 砂加 1 O B i O 去润滑毛坯用油荆石墨润滑模具 近年来 国外研制 出一些新 的润 滑方法如英 国和西德采 用高分子 润滑剂 :而 日本 J P 6 Q l 2 4 4 3 3 1 9 8 5 号专利,则用 3 0 0 5 7 0 过热蒸汽加热毛坯,使表面形成氧化膜,然 后浸入含有二硫化钼的水悬浮液中蒸发形成润滑膜 在 2 O 0 -7 0 0 13 模锻时润滑剂粘附 牢 固 最近广标十六厂把 M8 双头螺栓
19、( 奥氏体不锈钢)加热到 9 0 0 “C左右,利用生成的氧 化膜再加特殊润滑剂成功地实现减径和搓丝。与 日本专利有舁曲同工之妙 ( 5 )不锈钢紧固件成形的工艺流程 一 般 流程 : ( 工 艺 料 )一 酸洗( 包括 蜮脱脂 )一 固溶处 理( 软化 )一 酸 洗( 包 括碱 脱 脚一草酸盐处理和加澜滑剂镦锻 ( 挤压)和搓丝 ( 攻丝)去应力一酸铙( 除去草酸盐 薄膜)和碱脱脂一( 产品光亮热处理】一抛光 ( 着色、钝化或电镀】 当工件采用分序 冷镦成形。且加工硬化明显时。应在每次冷镦前进行软化处理或固溶趾 理 ( 对奥氏体型钢) 工件每 次软化处理前或成品后,均应除去表面上的薄膜和油脂
20、 。防止 热处理 时导致 渗碳 和保证钝 化处理 工序 的质量 奥 氏体 钢馓锻( 挤 压) 的最佳 湿 度为 “ 和 8 0 C , ( 、 两个 温度 用 油压 机 或 冲床镦 锻 尺 寸较大 的_ j 忤 时可把 工件 加热 到 2 6 O 一 3 : 1 Cr 1 Ni , Ti 在 2 6 O 的挤 压应 力 比室 蕊 时低 9 维普资讯 http:/ 1 0 2 5 ,3 6 O 时 比 2 6 0 低 1 0 2 O 6 0 0 13 , 以上温镦和挤压时,毛坯可不软化,不作 草酸盐 处理 由于 7 o o 时工件 耐蚀性 最差 。应 避免 : 该 温度 下进行形 变加 工 到
21、8 0 0 时 又较好 。此 时的单位挤压应力 仅 为冷挤时 的 4 0 马 氏体不锈 钢最合适 的温镦 温度 为 6 0 0 一 s 0 0 在 6 0 0 以 上温镦 时 ,毛坯可不 软化 处 理 四、不锈钢紧固件的搓丝和攻丝 ( 1 )搓丝 相对于普通碳钢而亩 应的调整 1 种类不同的不锈钢。 品尺寸 控制不锈钢螺纹时。应在毛坯直径、搓丝板、润滑冷却方 面作相 线膨胀系数相差大,只有适 当修正搓坯直径才能得到台格 的成 2 适当加大搓丝板切人部分的长度 切人部分越长,搓丝板压人工件的过程越长,以此 减少变形抗力 。提高搓丝板 寿命 搓丝板的工作速度应相应 降低特别是搓制硬度较 商的 2
22、C r “等马氏体钢时更是如此 3 采用碱化油或古氯化石腊、硫、氯 磷等添加剂的高压润滑油作冷却澜滑液,或机油 ( 锭子油)与煤油的混合演此外 ,F 4 3 号油 的润滑效果也可以 ( 2 )攻丝 对不锈钢材料攻丝。摩攘力大,发热量大,散热差 ,丝锥的切削条件 比普通碳钢攻丝时 恶劣 因此 。丝 罐材 料 和结 构应 有所 不 同通 常用 于碳 钢 的丝锥 材料 ,如 T1 0 A 、TI 2 A、 9 S J C r 等,用于不锈钢时,显得不耐磨易在孔内咬死或引起崩齿高碳钢制的丝锥在 2 0 0 -2 5 0 时,机械性能明显下降9 S i C r 能保持到 3 5 o _ _ 4 0 0
23、,高速钢则 可达 6 0 0 因 此。攻制不锈钢材料的丝摊。选用高速钢材料并加上 T i c T j N复合涂层较为台适攻丝速 度相应 放慢 ,以圆周 速度 3 3 1 0米 分为好 用于不锈钢的丝维结构上要作相应改变 1 加大前角不然易出现螺纹小径超差 ,螺纹表面光洁度差和丝锥卡死现象据资料 介绍 ,前 角以 1 5。时效果 最好 2 刃带宽度窄些。丝锥齿数少些 跳牙丝锥工作齿数减半,每齿切下的切屑厚度增加一 倍,下一齿可跨过前一齿留下的切削冷作硬化层而进行切削,从而减缓丝锥切削刃的磨损, 有利于延长丝锥使用寿命 3 加工不锈钢内螺纹的丝锥,应采用左旋容屑槽使切屑往下排,以免碰伤已加工的螺
24、纹表面 由于不锈钢弹性变形大,预制孔尺寸与普通碳钢相 比,应适 当加大 4 另外,可采用挤压丝锥,减少螺纹的表面粗糙度 提高螺纹的精度和强度,适用于不 锈钢 和硬度 小于 HB3 0 0 相 对延 伸 率大于 6 1 2 的材料 的攻丝 5 润 滑 不锈钢 材料攻牙,可用菜油 豆 【 、液体二硫化钼或黑色硫化油作润滑液攻粗牙时, 适 当增加浓度攻细牙时。可用煤油稀释。在硫化油中添加 1 5 2 0 的四氯化碳,可减少 螺纹表面粗糙度 一 1 O一 维普资讯 http:/ 五 、成品抛光和着色 不锈钢 成 品表面色 泽不 佳 。甚至_带 有照 皮时应 进行 发 白和 抛光 抛 光分 机械抛光 、
25、化学 抛光 和也解 抛光 蹦电解 抛光 效果 为 最好 机 械抛光 可将 工 件置 于放上谷壳的滚筒内进行,或用 3 2 o 金刚砂喷丸 不锈钢还可进行着色处理或钝化处理着色处理 可将不锈钢件染成黑色、蓝色、金黄 色 、红色 、绿色 等 着 色 后再 加 固化处 理 这样 ,既 可增加 美 观 。 又能提 高耐磨 性和 耐 蚀 性 六 、结 语 综上所述。开发不锈钢紧固件及其外围技术的关键主要是: 熟悉各类不锈钢材料的耐蚀性 ( 包括表面耐腐蚀能力 耐应力腐蚀能力和耐晶问腐蚀 能力) 、物理性能 ( 包括线膨胀 系数 导热系数、比热和磁性) 、室温下的机械性能 ( 包括抗 拉强度 、屈服强度、
26、延 伸率、断面收缩率、冲击韧性和硬度) 、冷热加工性能 ( 包 括切削性 能 冷变形 性 能 抛 光 性 能 、锻 造 和轧 制 性 能 ) 热处 理 工 艺 方法( 包 括正确 选 用 固溶处 理、遇火 淬火 十回火、去虚力和消除各种脆性惯向的工艺方法) ,做到正确和合理 选用不 锈钢材料,能用马 氏体锕使能满足使用要求的场合。不滥用奥氏体型钢或铁索体型钢;反之 亦然 正 确制订 工 艺流程 ,合理 选用设 备 ,研 制 或采 用各种 合适 的润 滑。保 证 拉拔 、镦 锻 、 搓丝 、攻丝 的顺利 进行 和提高 产品质量 正确修正工模具尺寸。提高工模具的强韧性、耐磨性和抗咬合能力。保证批量
27、生产的 质虽 尽管开发不锈钢紧崮件有一定难度。然而,纵观国内紧固件行业现有条件,只要做豺勇 于开拓和科学求实裙结 合。在不太长的时间内。全面提高不锈钢紧固件生产的工艺技术水 平 ,是 完全 可能的 1 兄明 : 本文内容 中还有附表 l l 3 ,有一定参考价值因篇幅限制没有刊 出如有 单位对这些表的内窖感 兴趣 请与广州市标准件工业公司总工室联系。欢迎进行技术交 流 下面列 出这 个 表盼题 目: 国不 同类型不锈钢材料的工艺性能; 目前 国内常用 的不同类 型不锈钢材料韵曲理性能和室温时的机械性能; 不同类型不锈钢材料的热处理; 草酸盐处 理的各种配方; 降镦 ( 挤压)用澜滑剂配方和满滑添加剂的种类: 、 坯料进行草酸盐处 理前,除油、除氧化皮 的工艺流程及所用碱液、酸液配方; 清除坯料 ( 成品)表面润滑剂 的工艺方法 钢铁零件着铜、去铜工艺及配方; 钢铁零件磷化工艺及配方;奥氏体不锈 钢变形程度对材料强度和硬度的影响;发白处理( 去黑皮)及化学抛光、电解抛光 的工艺 和配方 着色处理 和固化处 理的 配方 维普资讯 http:/
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