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不锈钢紧固件制造工艺及材料

发布时间:2024-01-23 浏览量:36

  不锈钢是在19世纪初发明的一种新型的金属材料。经过100多年的发展,现已应用到各个行业,不锈钢紧固件紧随着不锈钢材料的出现也开始生产。不锈钢紧固件在开始生产初期,普遍采用切削、热镦的工艺生产,产品质量差、生产效率低。进入上世纪80年代初随着冷却技术、线材拉丝改制工艺等相关技术快速发展,为不锈钢紧固件的生产提供了实操规范和验收标准。此期间,在日本、德国、美国、意大利、法国、台湾省等发达国家和地区,采用冷镦工艺、温镦工艺,使不锈钢紧固件快速发展起来。于是我国不锈钢紧固件紧随发达国家和地区的步伐,上世纪90年代,开始引进不锈钢紧固件生产设备和技术,不锈钢紧固件的生产开始步入快速发展阶段,至今中国已成为不锈钢紧固件生产量和生产能力最大的国家。

  1、不锈钢螺栓、螺钉的工艺技术1、不锈钢螺栓、螺钉基本工艺流程

  2、工序工艺技术2.1 表面去污清洗工序针对钢材表面粘有油污时,需要采用的工序,当钢材表面没有影响下道工序表面覆膜的油污,可省掉本工序。钢材表面若存在油污应采用碱性或酸性脱脂剂进行脱脂处理,以免造成下道工序的覆膜的附着强度不好。方法是:碱性脱脂剂加热温度60~90℃,钢材浸入脱脂剂,时间以脱脂除污干净为准,脱脂后应用清水彻底冲洗干净。2.2 表面皮膜处理表面皮膜的目的是拉丝改制和成型过程中起润滑作用,由于不锈钢的特性在其表面不易生成化学反应润滑皮膜,所以不锈钢表面皮膜采用的为表面覆膜形式,其缺点是:膜与基体附着强度较差。在生产过程中,皮膜易脱落并影响产品的生产,现常用的有两种皮膜方式,一种为草酸盐覆膜处理,另一种为无机盐皮膜处理。生产者应根据产品的不同选择生产工艺。经皮膜处理后的钢材吊运时,应避免皮膜受损伤和破坏。2.3 拉丝改制1)拉丝改制直径的确定。①螺栓拉丝改制直径, 按下列公式计算(参考) d线=dsmin-(M1+M2)②螺钉(全牙)拉丝改制直径, 按下列公式计算(参考) d线=d打-M2)钢材拉丝改制注意事项:1)拉丝改制时发现皮膜吸潮,应进行烘干处理,否则会出现在拉丝时皮膜脱落,造成粘膜现象。2)轧光处在进入拉丝模之前,应专门对轧头处进行润滑处理,方法有涂抹石蜡,涂润滑液等。3)确保拉丝时润滑粉不得“断流”,否则皮膜在拉丝时被剥落,并出现粘膜现象。2.4 成型技术螺栓成型工序是产品生产的最重要环节,本工序决定了产品的结构尺寸、质量等产品特性。螺栓用料长度的计算方法可分为两部分计算:一是头部用料;二是杆部用料。螺母钢材直径的选择原则,1)采用大料小变形工艺时:d线≈(0.90~0.95)S;2)采用小料大变形工艺时:d线≈(0.65~0.75)S。式中:d线-生产用钢材直径;S-螺母对边最大对边尺寸。不锈钢螺母采用温镦工艺时,一般采用大料小变形工艺生产,主要是因为不锈钢的加工硬化程度和韧性较大,多工位成型时硬化程度高,对模具性能要求较高。生产时,一般选用五~六工位成型机生产。

  2、不锈钢的材料

  不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素,当钢中含铬量达到1.2%左右时,铬与腐蚀介质的氧作用,在钢的表面形成一层很薄的氧化膜(自钝化膜),可以阻止钢的基体进一步腐蚀。

  除铬外,常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等,以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。

  目前,不锈钢较为常见分类方法之一是按加热至高温,然后空冷所得的金相组织来分,通常分为五个系列:铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢和奥氏体-铁素体(双相)不锈钢。

  3.1 铁素体不锈钢

  铁素体不锈钢是指基体的组织以体心立方晶体结构的铁素体(α相)为主,有磁性,一般不能通过热处理硬化,但冷加工可使其轻微强化的不锈钢。

  耐蚀性良好,主要用于氧化性的腐蚀介质。

  铁素体不锈钢碳含量较低(C<0.12%)按铬含量不同,大致可分为三类:Cr11%~15%、16%~20%和21%~30%。

  碳含量C≤0.03%时,成分标号前以00代表;C≤0.02%时,成分标号前以000代表(高纯);C≤0.01%时,成分标号前以0000代表(超纯)。

  铁素体不锈钢为改善塑性、韧性,保证耐腐蚀性能,消除应力,通常采用退火处理。

  铁素体不锈钢不能通过热处理强化(无马氏体相变),退火温度一般为700~850℃。

  保温后空冷;另外,也可施行去应力退火,一般有低温230~370℃或高温700~760℃,保温后≤50℃/h冷至600℃空冷。

  3.2 马氏体不锈钢

  马氏体不锈钢是指基体为马氏体组织,有磁性,通过热处理可调整其力学性能的不锈钢;有较高的硬度和耐磨性,不易焊接;相对于铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢紧固件来说,马氏体不锈钢紧固件更多地应用于有较高强度要求,以及耐蚀性不高的条件下服役的紧固件制造。

  所以,马氏体不锈钢大多在淬火、回火状态下使用,有时也在退火状态下使用。

  常用的12Cr13、20Cr13钢和30Cr13钢在淬火后经高温回火,可获得强度、塑性、韧性的较好配合。

  3.3 奥氏体不锈钢

  奥氏体不锈钢是指基体以面心立方晶体结构的奥氏体组织(γ相)为主,无磁性,主要通过冷加工使其强化(并可能导致一定的磁性)的不锈钢,是应用最广泛、牌号最多的钢种;奥氏体不锈钢大致可以分为Cr-Ni和 Cr-Ni-Mn-N两类。

  即有高的耐腐蚀性,并且成形、焊接性好、塑韧性好、但不能淬火强化。另外,切削加工性能差,存在晶间腐蚀问题。

  奥氏体不锈钢的热处理:

  ① 去应力退火。

  ② 固溶处理。

  ③ 稳定化处理。

  ④ 敏化处理。

  奥氏体型不锈钢虽然不能用热处理方法强化,但可以利用冷加工变形得以强化(冷作硬化、形变强化)会使强度提高、塑性下降。

  应用于制造不锈钢螺栓,冷作硬化效果与钢材含碳量和变形量有关,随着冷加工压缩比的增加,冷作硬化效果增强。

  奥氏体型不锈钢螺栓、螺母及制品,经冷镦、冷挤压加工形变强化后,存在较大的加工应力,这种应力的存在导致在应力腐蚀环境中使用时,增加了应力腐蚀的敏感性,影响尺寸的稳定性。

  为减小应力,必须采用去应力处理,一般是加热到280~400℃,保温2~3小时后空冷或缓冷。

  去应力退火不仅可减少紧固件的应力,在断后伸长率无大改变的情况下,可使硬度、强度得到提高。

  3.4 沉淀硬化不锈钢

  沉淀硬化型不锈钢具有近似乎于奥氏体型不锈钢的耐腐蚀性,又具有类同于马氏体型不锈钢可通过热处理方法调整机械性能的特征,从而获得了广泛的应用。

  它是指基体为奥氏体或马氏体组织,并能通过沉淀硬化(时效硬化)处理,使其强化的不锈钢,通常用于对强度和耐蚀性要求高的紧固件。

  沉淀硬化不锈钢兼有强度高、耐蚀性好的特点,其耐蚀性不但与化学成分有关,还与热处理有关,特别是与时效温度密切相关。

  3.5 奥氏体-铁素体(双相)不锈钢

  奥氏体-铁素体(双相)不锈钢是指基体兼有奥氏体和铁素体两相组织(其中较少相的含量一般大于15%),有磁性,可通过冷加工使其强化的不锈钢。

  具有抗点蚀、抗晶间腐蚀、抗应力腐蚀断裂以及获得细晶粒和超塑性等优点;焊接时产生裂纹的倾向小。

  缺点是热加工性能稍差,易产生σ相脆性。

  有Cr-Ni型(18-5、22-5、25-5)及Cr-Mn-Ni-N型(18-8-5-N、18-14-0-N)两大类。

  奥氏体-铁素体(双相)不锈钢的性能与铁素体和奥氏体相平衡比例有关,而两相比例很大程度上取决于钢的化学成分和热处理温度。

  一般随加热温度升高,铁素体含量比例增加。

  双相不锈钢的最终热处理以固溶处理为最好。

  不过是由于合金元素的种类和含量不同,在加热温度上略有差别。

  3、不锈钢钢材的牌号

  由于不锈钢的发展和生产在发达的国家较早,所以发达国家的不锈钢往往被其它国家采用,如我们现在的不锈钢紧固件行业中,大多习惯用日本牌号的叫法,现把几个国家的相关不锈钢牌号列表1对比,以供参考。

  下图列表为:不同国家的相关不锈钢牌号

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