紧固件制作工艺流程及材料要求

SS35C、SWRCH32 35# 45# 40Gr SWRCH35、SWCH32 ML35
----
20MnTiB、35VB 35CrMo、42CrMo
26
四、常规材料检验
1. 首先检验钢材的批号、炉号、钢种和交货状态（是切削 用钢、轧制用钢、还是镦锻用钢），检验的结果要与质 量保证书相比较。
产品性能对材料的要求
名称 螺母 螺母
产品等 级
DIN ∣8∣ SAE 2
DIN∣10∣ SAE 5
美国材料 日 本 材 料
1010， 1015
1030、 1035
SWRM8、SWRM10 SWRM15SWRCH10
SWRCH30， SWRCH35
中国材料
Q195~Q215 ML10～20 35#ML35 45#ML45
钢的分类
建筑用钢：螺纹钢
结构用钢（渗钢、调钢、弹簧钢） 按用途分
{工具钢（碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢）
特殊用钢（不锈钢、耐热钢）
{钢
合金钢 按用途分
合金结构钢
合金工具钢
{ { 按化学成分
特殊性能钢
碳素钢
3
钢的分类
碳素钢
{低碳钢≤0.25%C
按含碳量分 中碳钢0.3~0.55%C 高碳钢≥0.60%C
21
（5）、日本钢材
JIS G3506 《日本低碳软钢》 SWRM10 －－ 碳量C 0.08-0.13 抗拉强度 σｂ 390 N/ｍｍ2 SWRM15 －－ 碳量C0.13￣0.18 抗拉强度 σｂ 490 N/ｍｍ2
JIS G3507 《冷镦用碳钢盘条》 SWRCH15K－碳量C 0.13-0.17 抗拉强度 σｂ ≥490 N/ｍｍ2 SWRCH35K碳量C 0.32-0.38 抗拉强度 σｂ ≥620 N/ｍｍ2
11
（6）工艺性
* 可加工性——在标准件行业分： ——冷镦性 ——热镦锻性。 通过冷镦（冷顶锻）试验确认： 一般要求做外六角头螺栓的材料应至少保证压偏1/2H（H--试件高度）试验
合格。做冷镦螺母、冷镦内六角螺钉、法兰面螺栓必须要保证压偏试验l/3H 合格。 * 冷、热镦工艺对材料的要求
冷镦工艺要求材料硬度要低，塑性要好，便于冷镦加工成形和搓丝时的塑 性变型。
螺栓 ISO 4.6 1008
SWRM 8 、SWRM10 ML10
螺栓 螺栓
ISO4.8 SAE 2 ISO 5.8
螺栓
IS0 8.8 SAE 5
1010
1015、 1018
1030、 1035
螺栓
ISO SAE
10.9、 8
---
SWRM8、SWRM10 SWRCH15
Q195F、 Q215F Q215F、Q235、
{普通碳素钢S、P含量分别≤0.055、0.045%
按质量分 优质碳素钢S、P含量≤0.040%
高级优质碳素S、P含量分别为≤0.03%
{ 按用途分 碳素结构钢 碳素工具钢
4
二、紧固件用钢的要求
• 紧固件用钢材（包括碳钢、合金钢、低合金钢、及不 锈钢）。
• 应具满足二个要素： ——工艺性：冷镦性、热镦性、热处理可淬性。 ——材料的化学成份要满足产品等级要求。
6）、硼（B）：能提高可淬性，并且有助于使低碳 钢对热处理产生 预期的反应。
7）、矾（V）：细化奥氏体晶粒，改善韧性。 8）、硅（Si）：保证钢件的强度，适当的含量可
以改善钢件塑性和韧性。
14
三、紧固件常用钢
（一）碳钢。
1)、低碳钢C%≤0.25% 。 国内通常称为Q195~Q235钢。含碳量较低，可塑性好适
(2) 表面质量 ---线材表面应光滑圆整，无凹凸、折叠、节疤、裂纹、麻点
——表面锈蚀。 ——表面脱碳层。 ——氧化皮总量<10kg/t。为保证线材轧制后的表面质量，钢坯表 面缺陷的深度不超过0.4mm。
镦锻加工材料开裂主要是表面外观质量引起达60%比例。
8
冷镦和热镦中最特出的问题是材料表面的发纹和微 细裂是引起镦锻开裂。这类裂缝是沿轴线方向，几乎占 产品开裂比例60%以上。但轴向的裂缝并不影响强度， 就是外观质量不好，让用户担心而拒收，非常可惜。
紧固件用材料质量要求
1
一、金属材料分类
{ { { { 有色金属。如铜、铝及其合金
金属
黑色金属
如：铁、铬、锰
等
纯铁:含碳＜0.02%
铸铁与钢 钢:含碳0.02-2.11%
亚共析钢:C＜0.77% 共析钢
:C=0.77%
铸 铁 : 含 碳 2.11- 过共析钢:0.77%＜C＜2.11% 6.69%
2
低碳量钢含碳量低于0.20%、强度δb≤420N/mm2、要求冷作硬化趋势就小。 中碳钢或低碳、中碳合金钢要进行退火处理，退火后的硬度≤HRB 88为最 隹。退火过程中要防止脱碳和氧化皮的生成。 热镦工艺要求材料外观质量要好。加热温度不能有过烧现象，否则生成的 氧化皮直接影响到产品外观质量
（7）、各类元素对钢的性质的影响
材料 常见 裂纹
9
(3) 内部质量缺陷
* 显微组织 基本组织（除特殊要求外）应该是铁素体＋珠光体 （F＋P）。
* 晶粒度 要求晶粒度组织为2～4级，3级为好。
* 低倍体组织 ——缩孔和中心缩孔——易引起掉头和搓丝心部开裂 ——疏松——钢材不致密，影响机械性能。 ——偏析——化学成份和非金属杂物分布不均匀，使钢
B7
0.37-0.49 0.75-1.2 0.15-0.25 ≤0.035 ≤0.040 ≥0.030 0.65-1.1
螺母和垫圈材料
3．螺母： 一般采用35#、45#； 大规格螺母可以采用40Cr。
4．垫圈： 一般采用35#、45#。 几种硬度表示方法： HRC35-45；Hv200；Hv300。
3）、镍（Ni）：提高钢件强度，改善低温下的韧 性，提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处 理效果，减小氢脆的作用
13
（7）、各类元素对钢的性质的影响
4）、铬（Cr）：能提高可淬性，改善耐磨性，提 高耐腐蚀能力，并有利于高温下保持强度。
5）、钼（Mo）：能帮助控制可淬性，降低钢对回 火脆性的敏感性，对提高高温下的抗拉强度有很 大影响。
抗拉强度 σｂ 335￣450N/ｍｍ2 Q235（A3） 屈服点 σｓ 235N/ｍｍ2
抗拉强度 σｂ 375￣500N/ｍｍ2 试验要求：
化学成份拉力试验、冷弯、常温冲击试验、 （标准是没有规定的，但工艺上要——冷镦锻压 偏试验）。
18
（2） GB/T 699《优质碳素结构钢》
技术要求： 牌号化学成份；钢的硫、磷控制； 注意交化状态：标准件用钢、热轧、车削加工 尺寸、表面质量要求好。 35＃钢 C： 0.32￣0.39、 Sｉ：0.17￣0.37 Mｎ：0.50￣0.80 45＃钢 C： 0.42￣0.50、 Sｉ：0.17￣0.37 Mｎ：0.50￣0.80
材塑性降低，不利于成型 。 * 非金属夹杂物
夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一，是炼钢潜在 质量的重要指标。
10
(4) 钢的淬透性。
与钢材化学成份、热处理工艺参数、冷却液的冷却 性能、冷却液温度。
大规格与小规格热处理中选取用材料应有所区分。 要注意材料的淬透性的开裂。
(5)化学成分
冷镦钢要求成分纯净、除S、P要求以外，碳钢中的 Mn、Si、Al等几种元素。
第二类--- 调质型：主要是中碳钢、低合金钢、合金钢系列。加工 的成品等级是8.8～12.9级高强度螺纹紧固件。
第三类--- 表面硬化型：以ML18Mn、ML22Mn和ML20Cr为代表的钢 种，主要加工的成品为自攻螺钉、自钻自攻螺钉和其他 要求表面渗碳型制品。
6
(2) 按交货形态可分为直圆和盘圆
15
（二）、合金钢 1)、低碳马氏体合金钢C%>0.25%。低碳马氏体钢 目前常用20MnTiB等。 2)、中碳合金钢：在普碳钢中加入合金元素，增 加钢材的一些特殊性能，如使用最多的合金钢有： 40Cr、35GrMo、35GrMo、B7、35VB。合金钢 中的合金元素增加则提高淬透性、提高强度，也 改善紧固件耐高温、耐低温、耐腐蚀的使用条件。 要预退火处理。
大规格10.9级螺栓常用的三种材料
名称 C Cr Mo P
S Ni Mn
35CrMo 0.32-0.40 0.8-1.1 0.15-0.25 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.030 0.4-0.7
42CrMo 0.38-0.45 0.9-1.2 0.15-0.25 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.030 0.4-0.7
16
（1） GB700 《碳素结构钢》
热轧钢材牌号的表示方法： 例：Q195A F
Q ――－－ 钢材屈服点 A、B、C、D――质量等级 F ――－－ 沸腾钢
碳素结构钢的化学成份
牌号
碳%
锰%
硅%
硫%
Q195 Q215 Q235 Q255 Q275
0.06—0.12 0.25—0.50 0.09—0.15 0.25—0.55 0.12—0.22 0.30—0.80 0.18—0.28 0.40—0.70 0.28—0.38 0.50—0.80
通常习惯把Ф 25以下的直圆称作为小盘圆，Ф 25以上 的直圆称棒材,Ф 16以下的盘圆称线材、Ф 16以上的盘 圆称盘条。
(3) 按加工方法可分为热锻和冷锻
即热锻与冷镦(冷挤压ห้องสมุดไป่ตู้两种用钢类别。
7
2、紧固件用冷镦钢的一般质量要求
(1) 尺寸与公差
尺寸公差按照GB/T 14981《热轧盘条直径和尺寸公差》标准中的 规定执行，分为A、B、C三个等级，圆度公差尺寸值是尺寸公差值的 60%。其中A级公差最大，C级公差最小，一般钢厂合同中不注明的均 按B级交货。
用于冷镦加工，但不能通过热处理来提高强度，适用于低强 度级别的紧固件。主要用于4.8、5.8级螺栓及6级和181螺母。
2)、中碳钢0.25%<C%≤0.45% 。 国内通常称为35号、45号钢。中碳钢材料可以热处，通
过热处理后的紧固件强度明显提高。但随着含碳量增加冷加 工性能降低，为适应镦锻加工必须进行预退火处理来改变材 料的冷加工性。
1）、碳（C）：提高钢件强度，尤其是其热处理性 能，但随着含碳 量的增加，塑性和韧性下降， 并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。
2）、锰（Mn）：提高钢件强度，并在一定程度上 提高可淬性。即在淬火时增加了淬硬渗入的强度， 锰还能改进表面质量，但是太多的锰对延展性和 可焊性不利。并会影响电镀时镀层的控制。
Mｎ 0.50￣0.80、 Cｒ0.90￣1.20、
Mｏ0.15￣0
20
（4）GB/T 715-1989《冷镦和冷挤压用钢》
适用于冷镦和冷挤压用钢生产 ML10、ML20、ML35 试验：
抗拉试验和冷镦压偏试验、淬透性、脱碳、表 面质量。
ML10 C：0.07￣0.14、 Mｎ0.60、 S 0.035 ML35 C：0.32-0.40、 Mｎ0.60、S 0.035
19
（3） GB/T3077《合金结构钢》
钢种分：优质钢、高级优质钢、特级优质钢
压力用钢分：
热压力加工钢、顶镦钢、冷拔坏钢
技术要求：
牌号化学成份；钢的硫、磷控制；尺寸，表面质量要求好
40C
C 0.37￣0.44、 Sｉ 0.17￣0.37、
Mｎ 0.50￣0.80、 Cｒ 0.80￣1.10
35 CｒMｏA C 0.32￣0.40、 Sｉ0.17￣0.37、
≤0.30 ≤0.30 ≤0.30 ≤0.30 ≤0.35
≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50
磷%
≤0.45 ≤0.45 ≤0.45 ≤0.45 ≤0.45
17
力学性能： Q195（A1） 屈服点 σｓ 195N/ｍｍ2
抗拉强度 σｂ 430N/ｍｍ2 Q215（A2） 屈服点 σｓ 215N/ｍｍ2
22
高强度紧固件常用材料：
1． 螺栓： 10.9级：中碳钢和低碳合金钢； 一般：小规格可采用40Cr；比较重要的结构部位 可采用35CrMo或者42CrMo。 8.8级：45#中碳钢和低碳合金钢，≥M24规格的螺 栓，可以采取与10.9级规定的材料（淬透性）
2、钢结构高强度螺栓： 10.9 S 级：≤M24 采用20MnTiB； M27、M30 10.9级用35VB； 10.9（HV） ≥M33可采用35CrMo或者42CrMo
但是材料质量引起工艺性和质量异议是比较突出的。 • 目前,全世界每年生产1200多万吨钢制紧固件。2004年
我国钢制紧固件的产量为350万吨左右，约占世界产量 的四分之一。
5
1 、紧固件用钢的分类
(1)、 按产品特点可分为四种类型
第一类--- 非热处理型：主要是低碳钢系列。加工的成品等级是 4.6～6.8级低强度螺纹紧固件。