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标準與技術

Q195材質螺母沖孔加工開裂原因分析

發布時間:2018-05-09   來源:金屬學與熱處理  

韓曉乾

  (河北永洋特鋼集團有限公司檢化驗中心 河北 邯鄲 057150 )

  摘 要:Q195材質螺母在沖孔加工工序時出現沖孔開裂及表面橫裂紋缺陷,分别在原材料及開裂螺母試樣上取樣進化學成分、力學性能、非金屬夾雜物及顯微組織的檢驗,經檢驗結果分析可知:原材料各項性能指标均符合國标產品技術要求,螺母開裂與其内部出現異常的組織變形帶有關,組織變形帶的形成還需進一步的研究。

  關鍵詞:螺母沖孔開裂;顯微組織變形帶;冷镦成型

  中圖分類号:TG113.23 文獻标識碼:B

  Q195材質盤條通常是用于在常溫條件下利用金屬塑性成形工藝生產的互換性較高的标準件用鋼,生產如螺栓、螺母、螺釘、鉚釘等,通常采用冷镦成型生產工藝,生產節奏較快。

  某螺母生產廠在螺母沖孔工序時出現了螺母沖孔開裂現象,同時螺母表面伴有垂直于沖孔方向的橫向裂紋,螺母開裂宏觀形貌一緻,均成曲折狀,表面橫裂位置也大緻相同,實物形貌見圖1、2。經了解,螺母生產工藝大緻為:熱軋盤條-拉拔-冷镦成型-沖孔-攻絲-成品。分别在原材料及斷裂樣品上取樣進行檢驗和分析,以期查明其缺陷產生原因,為螺母生產質量的改進提供借鑒和參考。


圖1 實物宏觀形貌


圖2  實物宏觀形貌

  1、化學成分分析

  分别在原材料及螺母開裂樣品上取化學成分試樣采用瑞士ARL直讀光譜儀進行化學成分分析,檢測結果見表1。由表1檢驗結果可知,化學成分符合GB/T700-2006标準技術要求。

  2、力學性能

  在原材料上取力學性能試樣,使用美特斯SHT-4106電液伺服萬能試驗機進行力學性能試驗,檢驗結果見表2,由表2檢驗結果可知,力學性能符合GB/T700-2006标準技術要求。

  3、金相檢驗

  在原材料上取金相試樣,使用德國徕卡DMI5000M智能顯微鏡進行顯微觀察,檢驗結果見表3,由表3檢驗結果可知,非金屬夾雜物及顯微組織(見圖3)未見異常。

  

圖3  原材料顯微組織100X

  在開裂的螺母上沿螺母菱角縱向剖開,在體視顯微鏡下觀察螺母内側沖孔面,發現沖孔内側表面不光滑,局部出現堆肉現象,形貌見圖4,觀察其裂口斷面,斷裂源位于其沖孔内側堆肉缺陷處,形貌見圖5。


  圖4 螺母内側沖孔面  6.5X


  圖5  螺母裂口斷面形貌  6.5X

  在螺母開裂處取縱向(平行于沖孔方向)金相試樣進行觀察,抛光态未發現異常,非金屬夾雜物級别為:A0.5  D0.5。使用4%(體積分數)硝酸酒精溶液浸蝕後,發現金相試樣檢測表面有多條呈“V”形痕迹,局部呈相互平行分布,多次磨制浸蝕後觀察,金相試樣檢測表面“V”形痕迹依然存在,宏觀形貌見圖6,因此可确定不是制樣過程形成的。将金相試樣放置在顯微鏡下進行觀察,“V”形痕迹為變形較嚴重的顯微組織變形帶,顯微組織形貌見圖7、8,放大顯微組織變形帶内組織變形異常嚴重,可以明顯觀察到其與附近組織變形不一緻,顯微組織形貌見圖9、10。觀察螺母内側沖孔表面,表面組織變形嚴重,產生較大的塑性變形,局部顯微組織發生脫落現象,組織形貌見圖11。


  圖6  金相試樣檢驗面“V”形痕迹


  圖7  螺母内部顯微組織變形帶 50X


圖8  螺母内部顯微組織變形帶 100X


圖9  螺母内部顯微組織變形帶 200X


圖10  螺母内部顯微組織變形帶 500X


圖11  螺母内側沖孔表面組織形貌 500X

  在螺母橫裂紋缺陷處取縱向(垂直于橫裂紋)金相試樣進行觀察,裂紋呈約45°角向基體内延伸,裂紋深0.85mm,裂紋附近未發現異常,形貌見圖12,使用4%(體積分數)硝酸酒精溶液浸蝕後,觀察發現裂紋向基體内的走向與組織變形帶走向重合,裂紋沿組織變形帶向基體内部開裂,顯微組織形貌見圖13、14、15。


圖12  裂紋形貌 50X


圖13  裂紋組織形貌及組織變形帶 50X


  圖14  裂紋組織形貌及組織變形帶 50X


圖15  裂紋組織形貌及組織變形帶 200X

  4、 結語

  (1) 螺母開裂宏觀形貌一緻,螺母表面橫裂紋位置也幾乎相同。

  (2) 原材料化學成分、力學性能檢驗結果均符合國标技術要求,非金屬夾雜物及顯微組織也未見異常,可判定原材料正常。

  (3) 螺母開裂及橫裂紋處取化學成分檢驗結果符合國标技術要求,非金屬夾雜物未見異常。但是顯微組織發現有多條形似“V”形的組織變形帶分部在螺母内部。“V”形組織變形帶的形成原因尚不明确,以待後續再結合實際生產情況及進一步的深度檢驗來闡明。但建議檢查沖頭、模具、液壓裝置及電壓是否正常。

  (4) 螺母沖孔内側表面顯微組織變形嚴重,局部基體脫落,建議對沖頭進行檢查。

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