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标准与技术

Q195材质螺母冲孔加工开裂原因分析

发布时间:2018-05-09   来源:金属学与热处理  

韩晓乾

  (河北永洋特钢集团有限公司检化验中心 河北 邯郸 057150 )

  摘 要:Q195材质螺母在冲孔加工工序时出现冲孔开裂及表面横裂纹缺陷,分别在原材料及开裂螺母试样上取样进化学成分、力学性能、非金属夹杂物及显微组织的检验,经检验结果分析可知:原材料各项性能指标均符合国标产品技术要求,螺母开裂与其内部出现异常的组织变形带有关,组织变形带的形成还需进一步的研究。

  关键词:螺母冲孔开裂;显微组织变形带;冷镦成型

  中图分类号:TG113.23 文献标识码:B

  Q195材质盘条通常是用于在常温条件下利用金属塑性成形工艺生产的互换性较高的标准件用钢,生产如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等,通常采用冷镦成型生产工艺,生产节奏较快。

  某螺母生产厂在螺母冲孔工序时出现了螺母冲孔开裂现象,同时螺母表面伴有垂直于冲孔方向的横向裂纹,螺母开裂宏观形貌一致,均成曲折状,表面横裂位置也大致相同,实物形貌见图1、2。经了解,螺母生产工艺大致为:热轧盘条-拉拔-冷镦成型-冲孔-攻丝-成品。分别在原材料及断裂样品上取样进行检验和分析,以期查明其缺陷产生原因,为螺母生产质量的改进提供借鉴和参考。


图1 实物宏观形貌


图2  实物宏观形貌

  1、化学成分分析

  分别在原材料及螺母开裂样品上取化学成分试样采用瑞士ARL直读光谱仪进行化学成分分析,检测结果见表1。由表1检验结果可知,化学成分符合GB/T700-2006标准技术要求。

  2、力学性能

  在原材料上取力学性能试样,使用美特斯SHT-4106电液伺服万能试验机进行力学性能试验,检验结果见表2,由表2检验结果可知,力学性能符合GB/T700-2006标准技术要求。

  3、金相检验

  在原材料上取金相试样,使用德国徕卡DMI5000M智能显微镜进行显微观察,检验结果见表3,由表3检验结果可知,非金属夹杂物及显微组织(见图3)未见异常。

  

图3  原材料显微组织100X

  在开裂的螺母上沿螺母菱角纵向剖开,在体视显微镜下观察螺母内侧冲孔面,发现冲孔内侧表面不光滑,局部出现堆肉现象,形貌见图4,观察其裂口断面,断裂源位于其冲孔内侧堆肉缺陷处,形貌见图5。


  图4 螺母内侧冲孔面  6.5X


  图5  螺母裂口断面形貌  6.5X

  在螺母开裂处取纵向(平行于冲孔方向)金相试样进行观察,抛光态未发现异常,非金属夹杂物级别为:A0.5  D0.5。使用4%(体积分数)硝酸酒精溶液浸蚀后,发现金相试样检测表面有多条呈“V”形痕迹,局部呈相互平行分布,多次磨制浸蚀后观察,金相试样检测表面“V”形痕迹依然存在,宏观形貌见图6,因此可确定不是制样过程形成的。将金相试样放置在显微镜下进行观察,“V”形痕迹为变形较严重的显微组织变形带,显微组织形貌见图7、8,放大显微组织变形带内组织变形异常严重,可以明显观察到其与附近组织变形不一致,显微组织形貌见图9、10。观察螺母内侧冲孔表面,表面组织变形严重,产生较大的塑性变形,局部显微组织发生脱落现象,组织形貌见图11。


  图6  金相试样检验面“V”形痕迹


  图7  螺母内部显微组织变形带 50X


图8  螺母内部显微组织变形带 100X


图9  螺母内部显微组织变形带 200X


图10  螺母内部显微组织变形带 500X


图11  螺母内侧冲孔表面组织形貌 500X

  在螺母横裂纹缺陷处取纵向(垂直于横裂纹)金相试样进行观察,裂纹呈约45°角向基体内延伸,裂纹深0.85mm,裂纹附近未发现异常,形貌见图12,使用4%(体积分数)硝酸酒精溶液浸蚀后,观察发现裂纹向基体内的走向与组织变形带走向重合,裂纹沿组织变形带向基体内部开裂,显微组织形貌见图13、14、15。


图12  裂纹形貌 50X


图13  裂纹组织形貌及组织变形带 50X


  图14  裂纹组织形貌及组织变形带 50X


图15  裂纹组织形貌及组织变形带 200X

  4、 结语

  (1) 螺母开裂宏观形貌一致,螺母表面横裂纹位置也几乎相同。

  (2) 原材料化学成分、力学性能检验结果均符合国标技术要求,非金属夹杂物及显微组织也未见异常,可判定原材料正常。

  (3) 螺母开裂及横裂纹处取化学成分检验结果符合国标技术要求,非金属夹杂物未见异常。但是显微组织发现有多条形似“V”形的组织变形带分部在螺母内部。“V”形组织变形带的形成原因尚不明确,以待后续再结合实际生产情况及进一步的深度检验来阐明。但建议检查冲头、模具、液压装置及电压是否正常。

  (4) 螺母冲孔内侧表面显微组织变形严重,局部基体脱落,建议对冲头进行检查。

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