冷镦钢螺母，冷镦开裂的分析及控制！

冷镦钢盘条是用于制造螺栓、铆钉等紧固件的原材料。冷镦过程采用一次或多次冲击加载，通过材料的冷作硬化提高工件的抗拉强度，改善材料的使用性能，其要求冷镦用钢具有良好的冷顶锻性能。

为此，本文针对此问题对产品进行质量分析，找出冷镦开裂的主要原因，以期望提高产品性能。

01

宏观试样

ML08AL冷镦盘条所生产的螺母出现的质量问题，具有代表性的墩裂试样，如图1、图2所示。

分析加工螺钉常规工艺，导致开裂的原因主要有四个方面：原料钢丝表面裂纹、化学成分、夹杂物及显微组织。

冷镦盘条在出厂中均要逐批进行1／3级别以上的冷顶锻和严格的表面质量检验，100％合格方可交货，基本可以排除原料钢丝表面裂纹。本文主要针对其他三个方面进行检验分析。

图1镦头开裂样

图2扫描电镜下观察镦头开裂的宏观试样

02

原因分析

2.1 化学成分分析

钢材的化学成分是决定钢材性能的基本因素，通过影响显微组织影响钢材性能。对生产的冷镦钢盘条进行化学成分检验，结果如表1所示。

s是钢中的有害元素，使钢产生热脆性，它还能降低紧固件的疲劳强度和动载强度，任何种类的冷镦钢的含硫量都要尽可能低。

P也是钢中的有害元素，存在于钢中，会导致钢冷变形脆性，同时作为杂质元素，会沿晶界偏析，引起晶界脆化，损害钢的性能，所以应尽可能的低。从表1可以看出，生产的盘条化学各项成分均符合要求，且S、P含量远低于要求上限。

表一盘条化学成分

2.2 钢中非金属夹杂物

钢中非金属夹杂含量高是造成标准件冷镦开裂的一个重要因素。文献表明，非金属夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一。

其中，非金属夹杂中B类和D类夹杂危害最大。Al2O3夹杂物的尺寸、距钢材表面的距离对形成裂纹产生影响，夹杂物的尺寸越大，距钢材表面越近则危害也越大。一般认为，表面层(2mm)的B类夹杂不应大于10～15。

将墩裂试样放人丙酮溶液中，经过超声波清洗以后，在扫描电镜下观察，可以在墩裂的裂纹处看见大量夹杂物存在，如图3所示。

图3扫描电镜下观察墩裂试样的宏观裂纹

应的能谱分析，如表2所示。

表2宏观裂纹附近的扫描结果

通过图3发现，裂纹处存在很多非金属夹杂物，尺寸大小基本在10斗m以上。然后进行能谱分析，然后将墩裂试样的横截面磨平、抛光，在扫描电镜下观察。在裂纹附近，同样发现了大量的夹杂物存在，如图4所示。对应的能谱分析如表3所示。

图4扫描电镜下观察到裂纹处存在的夹杂物

表3镦裂处电镜扫描结果分析

由于ML08Al盘条规格在①8mm以下，加工过程拉拔减面率极大，原位于盘条内部的夹杂物随着拉拔钢丝丝径减小逐渐移至近表面，虽然未形成钢丝表面裂纹，但是在下一步冷镦工序中也会导致螺钉开裂。

2.3 显微组织

冷镦盘条的显微组织应该为铁素体+粒状珠光体(F+P)，标准一般都规定组织为2～4级，不得有片状珠光体和贝氏体。珠光体球的尺寸和分布是影响冷镦性能的主要因素，理想组织是珠光体球粒大小相近并均匀分布在铁素体基体上。

珠光体不同显微组织性能从好到坏的排列顺序为：粒状珠光体、索氏体、细片状珠光体、片状珠光体。金属形变最突出的特点是其不均匀性14】。

当组织中存在一定的魏氏体组织时，会加剧拉拔变形过程中的形变不均匀性，从而导致应力集中。应力集中导致局部拉应力超过材料的强度极限，材料产生断裂。为此，通过试验来观察冷镦钢试样的组织形貌和晶粒大小。

将镦裂的试样和正常样分别标记为a和b。将试样清洗后，在2％硝酸酒精溶液中浸蚀，然后在金相显微镜下放大200及500倍观察组织并拍照，如图5、图6所示。

过图5、图6所示的冷镦钢金相组织可以发现，两者的基体组织都是网状铁素体+珠光体。

冷镦开裂试样中的金相组织由于受到顶锻压力的作用，组织形状发生变形，这属于正常现象。同时两者的晶粒尺寸并没有发生明显的变化，也没有出现如魏氏组织、马氏体等脆性相。

图5200倍下观察的试样金相组织

图6500倍下观察的试样金相组织

03

总 结

通过化学成分分析可知，ML08AL的各项元素指标均在标准范围之内，且有害元素S、P的含量远低于要求上限，因此化学成分不是造成产品冷镦开裂的原因。

由螺栓工件的形状可知，帽檐处直径最大，因此，冷镦加工过程中帽檐处金属的塑性应变最大，所承受的拉应力最大，最容易产生开裂缺陷。

加工过程拉拔减面率极大，原位于盘条内部的夹杂物随着拉拔钢丝丝径减小逐渐移至近表面，虽然未形成钢丝表面裂纹，但是在下一步冷镦工序中就会导致螺钉开裂。在裂纹附近发现的夹杂物正好成为裂纹源，因此，认为夹杂物是产生裂纹的主要原因。

过对显微组织的分析可知，镦裂试样和正常试样的显微组织均为网状铁素体+珠光体，没有出现如魏氏组织、马氏体等脆性相，故可以说明金相组织不是试样开裂的主要原因。

04

解决措施

针对夹杂物的产生原因，通过制定严格控制转炉下渣、优化精炼渣系、全程保护浇注等措施，钢中夹杂物数量及尺寸有了明显改善，产品质量得到了保证。

-END-

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