哈工大热处理原理与工艺大作业-铆钉热处理

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加工工序及热处理工艺
3.2.2 碳素钢的热处理工艺
ML10
球化退火
再结晶退火
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加工工序及热处理工艺
3.2.3制作铆钉其他材料
不锈钢：制作铆钉的为奥氏体不锈钢，常用的材料 为0Cr18Ni9和1Cr18Ni9，其强度较低，但具有较 高的塑性和耐腐蚀性，且易于加工 黄铜（H62）：为两相黄铜，室温组织为α+β相，α 相塑性好，β相硬而脆，在热态下塑性好，冷态下 塑性也不错，可切削加工性能好。热处理过程为 再结晶退火和去应力退火
抽芯铆钉
空心铆钉 管状铆钉
汽车车身覆盖件、支架等连接处
重量轻，钉头弱，用于受力不大的非金属材料 用于非金属材料不受力处
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铆钉的概述
1.4 服役条件
铆钉种类 沉头型抽芯铆钉 双鼓型抽芯铆钉 性能特点及服役环境 铆接后表面平滑美观 降低作用在结构件表面上的压力 具有更大的接触面积，具有更强的支撑 面从而可增强扭矩强度，能承受更高的 径向拉力 防水，高剪力，防振动，抗高压
1.1 铆钉的定义
铆钉是一种金属制一端有帽的杆状零 件，穿入被联接的构件后，在杆的外端打、 压出另一头，将构件压紧、固定。 在铆接中，利用自身形变或过盈连接 被铆接件。这种紧固件广泛应用于汽车、 机电产品、建筑装修及家用电器 。
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铆钉的概述
1.2 铆钉的种类
3.2.1 硬铝合金铆钉的热处理工艺
注意事项：铝合金淬火加热温度与熔化温度相差不多, 必须精密控温避免过热、过烧和熔化。选用精度高测 温仪表, 控温精度为± 1 ℃ 。加热设备为硝盐炉或密封 空气循环电炉, 保温时间与有效直径关系见下表。淬 火冷却介质为20-30℃的循环清洁流动水, 冷却水槽应 有足够容量, 以确保水温。
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铆钉的概述
1.5 失效形式
其它失效形式：腐蚀作用、冲 刷磨损等导致的铆钉头部磨平 失效；热冲击导致失效
1.6 性能要求
良好的塑性和韧性，一定的抗拉强度、 抗剪强度，耐腐蚀，抗疲劳破坏
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常用材料
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加工工序及热处理工艺
3.2.2 碳素钢的热处理工艺
Q215 Q235 钢铆钉常用的钢牌号Q215、Q235、10#、15#、20#、ML10、 10# ML20 15# 钢铆钉常用的钢牌号 20# ML10 ML20
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成员：吴懿娟、杨珂鸿、谢一鸣、王梦得、李欣远、张博
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主要内容
铆钉的概述
主 要 内 容
铆钉的常用材料 铆钉的加工工序与热处理工艺
质量检查事项和方法
热处理缺陷及解决方法
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铆钉的概述
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质量检查事项和方法
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热处理缺陷及解决方法
（1）、钢铆钉球化退火中出现片状珠光体：球化退 火温度过高或保温时间过长，会导致片状珠光体出 现，增加铆钉头部开裂可能性。 解决方法：严格按照球化退火的工艺标准对铆钉进 行处理 （2）、硬铝铆钉淬火加热时出现过热、过烧甚至熔 化 解决方法：严格控制加热温度，选用精度高的热处 理设备和测温设备 （3）、淬火后产生裂纹 解决方法：控制冷却速度，选用适当的淬火介质 （4）、热处理后铆钉尺寸和形状发生改变 解决方法：总结热处理形变规律，设计零件时适当 修正
2A12 适用条件：适宜制造较高强度和较高负荷及服役温度≤150℃的铆钉 。 热处理：淬火加热温度495一505℃，保温后水淬。既可在185一 195℃保温6一12h空冷人工时效，也可在室温停留96h自然时效。铆 钉应在1.5h内铆入结构件。
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加工工序及热处理工艺
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加工工序及热处理工艺
3.2.2 碳素钢的热处理工艺
ML10冷镦钢（铆螺钢） 1、ML10成分 C：0.07~0.14% Si：小于0.03% Mn：0.2～0.5% 其余为S、P、Cr、Ni、Cu 2、ML10力学性能特点
↓
抗拉强度 （MPa） ≥ 333
屈服强度 （MPa） ≥ 206
3.2.2 碳素钢的热处理工艺
铆钉的球化退火 低温球化退火
将钢材加热到Ac1以下20℃ 左右较长时间保温（一般在 4—8h）以获得球状珠光体的 热处理，此工艺适用于经冷变 形加工、冷冲压加工件 如：10、15、20#钢 720℃×3h退火后，布氏硬 度150—180HBW降至 120HBW（75HRB）
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加工工序及热处理工艺
3.2.2 碳素钢的热处理工艺
铆钉的再结晶退火
由于冷镦导致冷作硬化，将不利于铆 接，必须进行再结晶退火，将铆钉加热至 再结晶温度以上，保持适当时间，使变形 晶粒转变为均匀的等轴晶粒，以消除形变 强化和残余应力，提高塑形。 铆钉再结晶温度450-650℃ 如：Q215和Q235两种材料再结晶退火温 度应在450℃左右
铆钉常用的硬铝合金 牌号
↓
2A01 2A04 2B11 2B12 2A11 2A12
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加工工序及热处理工艺
铝合金淬火时效现象
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加工工序及热处理工艺 3.2.1硬铝合金铆钉的热处理工艺
2A01（LY1） 特点：α固溶体过饱和程度较低，不溶性第二相少。虽是 低合金、低强度硬铝，但淬火态塑性很高，在热态或冷 态下塑性尚好，有良好工艺性能和切削加工性能，点焊 接性能良好, 但氩弧焊接有晶间裂纹倾向，耐腐蚀性能不 高。铆钉铆接在淬火和自然时效后进行, 铆接过程不受热 处理时间限制。 适用条件：用于中等强度和工作温度≤100℃结构件。 热处理：淬火加热至495一505℃，保温后水冷，室温自 然时效96h。铆接过程虽不受热处理后时间限制，但最好 在淬火态进行。
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3.2.1 硬铝合金铆钉的热处理工艺
2B12 适用条件：适用于制造较高强度、工作温度不高于100℃的铆钉，大 于100℃服役易产生晶间腐蚀倾向。 热处理：淬火加热温度510一520℃ , 保温后水冷，既可进行70一 80℃保温24h空冷人工时效，也可在室温自然时效240h。淬火态下铆 接较理想。 2A11 适用条件：适宜工作温度≤100℃的中等强度铆接。 热处理：淬火加热温度495一510℃，保温后水淬，既可进行155一 165℃保温6一10h空冷人工时效，也可在室温停留96h自然时效。铆 钉在淬火后2h内铆人结构件。
硬铝合金铆钉在淬火态下有很高塑性，铆接必须在保留 淬火态高塑性时间内进行，硬铝合金铆钉淬火后易时效硬 化，硬度、强度升高，塑性急剧降低，加上铆钉铆接时头 部塑性变形镦粗产生冷作硬化，易导致铆钉铆裂，降低铝 合金结构件质量和寿命，甚至使用时发生事故。因此应避 免时效硬化后铆接。时效硬化时间长短决定于铆钉材料。
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3.2 铆钉的热处理工艺
不同材料的 热处理过程
硬铝合金 碳钢 球化退火 ↓ 再结晶退火 表面处理
↓
淬火 ↓ 时效 ↓ 表面处理
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加工工序及热处理工艺 3.2.1硬铝合金铆钉的热处理工艺
2 常用材料
不锈钢
铝及其合金
铆钉
铜及其合金
碳钢
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3.1铆钉的加工工序
冷墩加工：通过冲头的冲击，使金属线材在模 具内发生塑性变形以达到预期的形状和尺寸 工序：线材剪切冷墩出钉
高速车加工：通过特殊的车刀形状以及调整车 刀位置和加工顺序，去除线材上多余的材料，以 达到预期的形状和尺寸 工序：线材切削切断出钉
等温球化退火
将低、中碳合金钢加热到 Ac1+（20-30℃），保温适当时 间，然后冷却到略低于Ar1以下的 温度，等温保持一段时间（使等 温转变进行完毕），然后炉冷或 空冷的球化退火工艺（可获得较 好的球化质量） 如：ML40Cr 760—780℃加热保 温4h降温至670—680℃等温6h， 布氏硬度降至155HBW（85HRB） 以下
铆钉种类很多，而且不拘形式。常用的有半圆头、 平头、半空心铆钉、沉头铆钉、抽芯铆钉、空心铆钉， 这些通常是利用自身形变连接被铆接件。
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铆钉的概述
1.3 铆钉的用途
铆钉种类
半圆头铆钉 平锥头铆钉 沉头铆钉、半 沉头铆钉 扁平头、扁圆 头铆钉
ห้องสมุดไป่ตู้
用途
随较大横向载荷的铆接场合，应用最广 ，如 金属结构的桥梁、桁架等 船壳、锅炉水箱等腐蚀强烈的铆接场合 表面须平滑，随载荷不大的铆接场合 金属薄板或皮革、帆布、木料等非金属材料的 铆接场合
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加工工序及热处理工艺
3.2.1 硬铝合金铆钉的热处理工艺 2A04 适用条件：用于中等强度和150一250℃较高温度下服 役的结构件铆钉（进行表面阳极化处理） 热处理：淬火加热温度500一510℃，保温后出炉空冷 淬火，室温自然时效120h。铆钉在淬火态下2-6h内铆 入结构件。 2B11 适用条件：用作中等强度铆钉 热处理：淬火加热温度495一505℃，保温后水冷，室 温自然时效96h。铆钉在淬火后2h内铆人结构件。
大帽沿抽芯铆钉
封闭型抽芯铆钉
全铝抽芯铆钉
开口型不锈钢抽芯 铆钉
美观耐用，永不生锈
高拉力，耐腐蚀
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铆钉的概述
1.5 失效形式
失效模式：断口宏、微观观察结果表明，所有铆钉断裂特 征基本相同，疲劳区面积较大、瞬断区面积较小，与机械 外力打断后的断口区别明显。综合判断失效铆钉的断裂模 式为疲劳断裂。 失效原因：失效铆钉断口观察表明，断裂起源区未见明显 的夹杂等冶金缺陷，金相组织未见异常，热镦钉头的材料 强度弱于冷镦钉头，但断裂失效却出现在冷墩端，因此铆 钉铆接的断裂失效应与材质无关。铆钉断口均包含一大一 小两个明显的疲劳断裂区。正常情况下，铆钉一般受剪切 应力作用，不应发生疲劳断裂。从断裂均出现在冷镦钉头 位置、且存在周向摩擦痕迹、铆钉杆断裂位置处也存在明 显的磨损痕迹等来看，铆钉钉头脱落应为微动磨损导致的 疲劳断裂。
断面收缩率 伸长率（%）热轧状态硬 （%） 度（HB） ≥ 55 ≥ 31 ≤ 55
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3.2.2 碳素钢的热处理工艺
球化退火
原材料 剪切 冷镦
铆接
再结晶退火
出钉
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