冷镦盘条拉拔过程的优化

1、冷镦盘条拉拔过程的优化 冷镦盘条强度的优化如果冷镦盘条含碳量较高，强度较高，可在拉拔前对其进行软化 退火，加热到Ac1以上613 C保温后，炉冷至500 C以下再空冷的热处理工艺；（低合金钢 球化退火，加热到Ac1以上2030 C保温后，炉冷至约Ar1以上690710 C保温后，550 C 以下再空冷的热处理工艺），使其降低冷镦盘条的硬度，提高塑性和韧性，以便于冷变形加 工。如果多道次拉拔使其成品丝中存在残余应力（残余应力是产生应力腐蚀和裂纹的根源）， 可利用再结晶退火，是将工件加热至600700 C保温后随炉缓慢冷却；（即去应力退火，去 应力退火是将工件加热至 500650 C保温后随炉缓慢

2、冷却），来消除或减少残余应力， 降低 冷镦盘条的强度和硬度。 减面率及拉拔道次的优化 减面率与拉拔工艺有直接关系， 总减面率表明盘条冷拉到什么程度， 部分减面率是确定 拉拔路线的依据。同一含碳量的冷镦盘条，由于总减面率的不同，就可判断它的性能和工艺 之难易。 减少拉拔道次可以增加小时产量（在成品丝尺寸不变情况下），但是盘条容易断头，并 且影响性能。增加拉拔道次会消耗模具并产量下降。因此，减面率的确定，不但要保证拉拔 的顺利进行和冷镦盘条成品丝的质量，而且还能合理地减少拉拔道次，增加产量，提高生产 效率。 低碳钢含碳量低，塑性好，机械性能要求不高，成品丝或半成品丝多数或经过软化退火， 因此受总减

3、面率的限制不大。 中、高碳钢则不能单纯依靠增大总减面率提高强度，否则会使其塑性、韧性匹配不当， 影响拉拔成形。部分减面率主要受含碳量、钢中含金元素含量、成品机械性能、拉拔速度、 拉拔道次等影响，根据成品要求，在设备允许情况下，可以一次出料，要求表面质量，可以 两次出料，第一道次拉拔探伤确定表面缺陷，并为第二道次拉拔留一定余量，处理后再拉拔 成品。 拉拔模的优化拉拔模是直接和冷镦盘条接触并发生变形的工具，是影响拉拔精度的最 关键因素之一。因此，应在统一模具尺寸的前提下，根据产品拉拔道次的要求不同，将半成 品模具或成品模具进行分类管理。一般半成品拉拔后的模具表面容易造成的损耗较大，经过 半成品拉拔

4、后的模具表面出现粗糙、环形沟槽和开裂等缺陷，这些模具如一般修磨后再用于 拉拔成品，则成品丝的表面精度难以保证，可将此类缺陷的模具挑选出来专门用于半成品的 拉拔。精心挑选高精度（椭圆度w0.005mm ）、表面砂眼、划伤、凹坑、环形沟槽的模具， 用专用研磨膏进行精抛，使其表面光洁度达到镜面要求，以便用于成品丝的拉拔。 对于单道次减面率小于 5%的轻拉产品，可适当缩小模具锥度，延长定径带长度，有利 于确保拉拔直线度。对于直线度要求不高的，容易产生拉毛的合金钢，可通过缩小模具锥度 减少晃动，缩短定径带减少拉毛。 拉拔速度的优化 在生产中对 0 20mm 盘条拉拔到 $ 19.5mm 和 $ 19mm

5、 拉拔到 $ 18mm 的 SWRCH35K钢进行拉拔速度逐渐提高试验，可看到表面的粗糙度发生微小的变化。在拉拔 速度大于50m/min时，冷镦盘条表面粗糙度有升高。随着拉拔速度的继续增大，表面粗糙 度基本不发生变化。 结合试验和拉拔速度对机械性能的影响因素考虑，根据生产实际，在拉 拔直径在6mm冷镦盘条时，采用拉拔速度 35m/min ,拉拔后盘条表面粗糙度最佳。 表1拉拔速度对冷镦盘条表面粗糙度的影响 规格/mm 粗糙度/卩m 20m/min 30m/min 35m/min 40m/min 45m/min 50m/min 60m/min 20 19.5 1.230 1.241 1.235

6、1.238 1.240 1.257 1.240 19 18 1.015 0.983 0.976 0.980 1.028 1.008 1.012 其它拉拔条件的优化为了减少拉拔过程中的摩擦， 提高成品丝表面质量， 使用合理的 润滑剂和润滑方式具有十分重要的意义。 良好的润滑剂附着力强、摩擦系数低、抗高压高温， 可以满足高速拉拔的需要。 对于拉拔难度较大的合金钢，经过酸洗表面光滑，如直接采用润滑油拉拔， 表面油膜不 牢固，拉拔过程易破裂，导致模具和盘条直接接触，使盘条表面起毛，模具磨损加剧。此时 改用干式润滑和湿式润滑相结合的措施可以获得满意的效果。先在盘条表面润滑涂层，经过 干燥后，再进行润滑油

7、拉拔，起到良好的润滑作用，可有效改善盘条的润滑条件，提高模具 使用寿命和生产效率。 冷镦盘条拉拔过程实践 拉拔实质上是对金属冷镦盘条施以拉力，使之通过模孔以获得与模孔截面尺寸、 形状相同的制品的塑性加工方法。拉拔的目的主要是得到所需要的规格尺寸和规 定的机械性能。现阶段的紧固件企业，拉拔的钢材主要品种有：低、中碳素钢， 高碳素钢，低合金结构钢和高强度合金钢圆棒。 在拉拔过程中，金属在变形区处于一向受拉，两向受压的应力状态，一向拉 两向压的主应力状态使金属材料引起相应的三向变形， 即长度方向伸长，在径向 和切向压缩。影响拉拔过程的主要因素有以下几点。 冷镦盘条的强度由于含碳量不同和加工过程中的冷

8、作硬化， 冷镦盘条的强度 极限愈高，拉拔的应力愈大。在冶炼、轧制和热处理过程中，由于冷镦盘条结构 或变形不均匀所引起的内应力，也会增加变形的阻力。 减面率 减面率又称压缩率。在拉拔过程中所造成的冷加工硬化， 使冷镦盘条的强度 增加，屈服点提高，塑性下降。减面率愈大，冷作硬化的程度愈重，在这种情况 下，拉拔应力就随着减面率的增加而加大。因此，在实际生产中，为了避免冷拉 变形不均匀和断头，在配置拉拔路线时，总是按拉拔道次的顺序逐步降低它的减 面率（部分减面率）相适应。如果不考虑其它条件，一味地增加部分减面率，会 使塑性急剧下降，钢材的拉拔应力将大大增加。如果拉拔应力超过了冷镦盘条的 强度，就会造成

9、冷镦盘条断头。减面率的使用范围要结合冷镦盘条的含碳量及其 它合金含量、热处理方法、拉拔时润滑情况和硬化程度等各方面的因素来考虑。 对于目前生产的直径在 625mm的冷拉材，拉拔减径尺寸一般仅为 0.5 2.0mm总减面率在420%基本采用单道次拉拔即可实现。 拉拔模的角度 实践证明，在各种不同减面率下，都有一对应的最适应的拉拔模角度， 这时 拉拔力最小，变形效率最高。在减面率不变的情况下，角度过小过大都会增大拉 拔力，角度过小，冷镦盘条与模壁的接触面大，增加了摩擦的阻力，从而增大了 拉拔力。角度过大，虽然冷镦盘条与模壁的接触面小，减轻了摩擦阻力，但是会 使冷镦盘条的变形过于急剧，附加应力大增，

10、金属组织的晶粒分布不均，造成机 械性能下降，甚至断头。另外，在拉拔力不变的情况下，冷镦盘条与模壁之间由 于接触面减小，而增加了单位正压力，这种过大的单位正压力和由此而产生的摩 擦高热，就会挤掉或烧坏润滑剂，恶化润滑状态，增大摩擦系数，并因此而增大 拉拔力。 在实际生产中，冷拉模的角度主要是随着减面率的增加而增加， 随着减面率的减 小而减小的（在一定范围内）。对于拉拔直径在6mm冷盘条减面率在20%以下， 模孔角度一般选择1416。 拉拔速度 一般说来拉拔速度的提高会带来冷镦盘条温度的上升，同时使成品丝的抗拉 强度上升，韧性下降，减面率越大效应越强烈。拉拔过程冷镦盘条温度的升高对 生产过程是弊多

11、利少，会使部分冷镦盘条发生应变时效冷镦盘条脆化，必需通过 减少出模后在冷镦盘条高温下停留时间来避免。 受拉拔过程影响最大的是润滑剂 和模具，温升过高会导致润滑剂失效，使模具磨损和损坏，拉拔无法正常进行。 由于冷却条件改善是有限的，润滑剂能承受的温度也是有限的，因此，拉拔 速度也是有限的。实践证明在拉拔直径在 6mn冷镦盘条时，一般拉拔速度设定 为30-50m/min，此时拉拔应力较低，冷却得当，能够较好满足冷镦盘条冷镦盘 条成品丝性能和表面质量要求。 冷镦钢盘条中珠光体类型组织的区分和判定 钢中的珠光体类型组织（简称珠光体）一般包括片状珠光体、索氏体、屈氏体等三 种，它们通常呈现层片状的结构。

12、在生产实践中如何明确辨别这三种组织确实还 存在混乱和误区。我们做了一些更为详细的工作，与大家共同探讨。 1、关于珠光体的基本概念 1.1珠光体的片层间距 冷镦钢盘条中共析成分的奥氏体，冷却到临界点A1以下时，将分解为铁素 体与渗碳体的混合物，称为珠光体，缓冷所得的珠光体呈片状，称为片状珠光体。 片状珠光体中片层方向大致相同的区域称为珠光体团，在一个奥氏体晶粒内，可 以形成几个珠光体团。珠光体团中相邻两片渗碳体（或铁素体）中心之间的（垂直） 距离称为珠光体的片间距。片间距的大小主要决定于珠光体的形成温度，随着冷 却速度的增加，奥氏体转变为珠光体的温度逐渐降低，亦即转变时的过冷度不断 增大，则转变

13、所得的珠光体片间距也不断减小。 一般所谓的片状珠光体的片间距约为 150450nm索氏体的片间距约为 80150nm在更低的温度下形成的片间距为 3080nm的珠光体在生产上被称为 屈氏体。 珠光体类型的组织的具体形成温度区间是：珠光体是临界点A1650C ；索 氏体是650600C ;屈氏体是 600550C。 实际上，关于珠光体类型组织的片间距的数值也存在不同的划分，比如，有 的文献中的数据是珠光体：大于 0.4 ;索氏体：0.20.4 ;屈氏体：小于0.2 ; 还有的是，粗珠光体：0.60.7 ;珠光体：0.350.5 ;索氏体：0.250.3。也 有人认为是：片层间距在0.1、0.25

14、、0.6左右的珠光体类型组织分别为屈氏体、 索氏体、片状珠光体。 对于珠光体层片间距区分范围的混乱，其实可以根据组织、性能之间的关系 来明确。由于150nm对应着珠光体组织性能上的一个转折点， 所以，有理由认为， 一般所谓的片状珠光体的片间距约为 150450nm索氏体的片间距约为 80 150nm屈氏体的片间距为3080nm的划分是更为合理的。 1.2光学显微镜中的珠光体 一般所谓的片状珠光体，是指在光学显微镜（通常是500倍观察条件）下能够 明显分辨出片层的珠光体；如果珠光体的片间距小到光镜难以分辨时，这种细片 状珠光体被称为索氏体。实际上，用电子显微镜观察时，不论是索氏体还是在更 低的温

15、度下形成的屈氏体，都是层片状组织，只是片间距不同而已。不同的文献 对于光学显微镜的放大倍数在分辨索氏体能力上的描述基本一致，在满足相应的 数值孔径的基础上，认为400500倍条件下，可以分辨片状珠光体，8001000 倍时可以分辨索氏体。根据 GB/T13298-1991标准，通常辨别珠光体、屈氏体是 在500倍放大倍数下进行观察，近似的判定是：如果放大倍数500倍下，铁素体 和渗碳体难以分辨就是索氏体型珠光体。 但是，对于在光学显微镜中根据是否能分辨出片层状的结构来区分片状珠光 体与索氏体我们认为存在需要探讨的必要。 2、生产实践中的应用 珠光体这样最基本的组织形态，在生产实践中确实有时得不

16、到重视， 很少碰 到需要明确一个显微镜视场中是否同时存在片状珠光体和索氏体及判定方式的 问题。但是，经常也会有师傅解释珠光体组织的时候，特别说明在一个视场中看 到的不同层片间距的珠光体是由于形成的先后顺序不同，也就是形成温度的高低 不同产生的层片间距的差异。我们所知道的会涉及在生产检验中判定珠光体类型 组织的场合除了在中碳钢盘条索氏体含量金相检测方法中需要判定组织中是否 存在片状珠光体，确定索氏体含量的比例外，在灰铸铁金相中也涉及基体组织是 索氏体还是片状珠光体的判定工作。 由于珠光体类型组织的常见性，肯定还有其它的生产场合需要涉及严格区分 珠光体类型组织的时候，这需要作深入的研究才行。 3、

17、片状珠光体与索氏体能否共存于一个显微镜视场中 珠光体的片间距主要决定于形成温度， 那么，在一个500倍的光学显微镜视 场大小尺度范围的材料内部是否会存在不同的温度波动、梯度。 我们以DMI3000M型显微镜为例，其10倍目镜的视场大小是18cm那么， 通常在500倍观察条件下观察视场所对应的实际物理尺寸大小是0.36mm直径的 圆形区域。而一般钢在奥氏体化的过程中不希望出现粗大的晶粒，晶粒度会控制 在58级，相对应的平均直径大小在 0.0620.022mm为此，珠光体团的尺度 在30.010.0卩m左右。 对于大截面尺寸紧固件，心部、表面由于散热条件的差异造成冷却速度的差 异，形成一定的温度梯

18、度，可以造成较大的温度差异，从而产生不同转变产物由 表面到心部的连续分布是比较好的， 也比较常见。不过，一般这是在普通的尺寸 范围内的现象。如果具体到珠光体类型组织转变的冷却速度、 转变温度范围来讲， 再加上对于类似盘条等截面很小的紧固件时，在截面上的温度差异显然无法在显 微镜视场大小的区域看到。 另外，从实际检测来说，在一个高倍（500倍）视场情况下一般会发现，可以 分辨层片的珠光体和无法分辨层片的珠光体的空间分布是散乱、均匀分布的。由 此，如果简单地认为是存在不同类型的珠光体组织，那么，也就是认为同一个显 微镜视场中是会呈现不同区域（间隔20卩m左右）的温度存在高低起伏的状况，从 而造成珠

19、光体层片间距的差异。 4、同一视场中一类珠光体表现出不同层片间距的原因 简单地说，珠光体的片间距存在一个真实层片间距和一个截面观察层片间 距。文献中也提到：在用金相法测量珠光体片间距时，由于样品表面与珠光体片 层交截的角度不同，将使测出的片间距也不同，只有当样品的表面与珠光体片层 垂直时，测得的才是片间距的真实值。 实际上，如果了解样品制备的基本原理及过程， 并且了解斜面截切在研究表 层金相组织中的作用的话，很好理解的是，在样品的某个磨面上我们所看到的珠 光体组织的层片间距并不是准确的层片垂直片间距，而是与片层垂直方向有一定 角度方向的截面观察层片间距，截面观察层片间距会在一个很大的范围内波动

20、出 现，甚至可以见到数倍于垂直片间距的截面观察片间距，这是明确的。实际上， 确实可以认为珠光体片的垂直片间距被放大了， 不过不能简单地说成是“假象” 那么简单。 完整地说，每个珠光体晶团层片的空间取向是任意的， 一个样品是由众多的 珠光体晶团构成的，晶团之间是无规则、无择优取向分布的。一个金相磨面的取 向也是任意的，截取珠光体晶团的角度也就是任意的， 因而，不同位置珠光体晶 团的截面片间距也表现出很大的差异。 5、光学显微镜视场中如何区分珠光体类型组织 在实际应用中，主要是没有考虑到一定尺度内两种类型组织不可能出现的事 实；其次，样品制备时截面对于层片间距的放大作用。那么，珠光体类型的组织 在

21、光学显微镜中应该如何判定呢？这需要根据不同珠光体类型组织的垂直片间距 并结合试样制备技术及实际使用的显微镜来具体说明。 以DMI3000M型显微镜的50倍物镜为例，其数值孔径是 0.75，贝理论上 的分辨能力是275P0.75=366.6nm=0.36卩m采用绿光，波长是550nm）。由此，如 果单从珠光体的垂直片间距来看， 索氏体、屈氏体由于片间距过小，根本是无法 区分层片结构的，而实际并非如此。 我们不能根据显微镜中是否能够观察到层片结构来区分片状珠光体与索氏 体。由于截面放大效应，我们所看到的珠光体类型组织的片间距基本都是大于真 实垂直片间距的截面观察片间距。 那么，珠光体的垂直片间距被

22、放大了多少， 如 何在光学显微镜中观察、分辨不同的珠光体类型组织呢？先看简单的，如果从一 个显微镜视场角度来说，如果整个500倍视场内的珠光体层片都可以分辨，则真 实层片间距在360nm以上，可以认为组织是片状珠光体。而对于屈氏体，由于截 面原因造成的片间距扩大的效果无助于在显微镜下分辨出其层片结构，光学显微 镜对其层片结构的观察是无能为力的。 问题是，层片间距在150360nm的珠光体与80150nm的索氏体之间的辨 别如何实现；特别是珠光体层片间距为150nm的时候，针对盘条钢的性能来讲是 一个分水岭，能够明确显微镜中的明辨方式至关重要。 综上所述，我们可以定性地讲，对于冷镦钢盘条的材料，

23、某个位置附近的多 视场截面图像的采集，或多个相同冷却条件的不同位置采集的截面图像中，可以 分辨层片结构部分的组织，与不可分辨层片结构部分的组织与比例关系，实际上 对应于一定层片垂直间距的珠光体类型的组织。反过来讲，一定层片垂直间距范 围的珠光体类型组织对应于在一定的视场截面观察中可分辨部分与不可分辨部 分的比例。 根据体视学原理可以知道，截面观察层片间距在一个很大的范围内波动出现 的事实其实符合数理统计规律，在此不做精细的数学推导，我们参考有关文献进 行粗略的定性说明。文献中提到，进口冷镦钢盘条中的索氏体比例比较高，都在 85鸠上，且截面分布差异小，层片厚度均匀性好。实际上，更准确地讲，应当

24、是不可分辨层片组织部分占视场的面积比例在85%以上。由此，我们可以粗略地 认为，85%在此时就是一个分界，即，如果视场中的不可分辨部分在85%以上， 组织就是索氏体，如果比例更高，说明索氏体的层片间距也在变小， 造成不可以 分辨层片部分的比例增大；如果比例偏小，则是属于片状珠光体范畴，偏离的越 大，说明片状珠光体的层片间距也越大，造成可以分辨层片部分的比例增大。 另外，对于冷镦钢盘条来讲，心部位置的冷却速度最慢，因此，完全可以根 据心部位置附近的组织中不可分辨部分组织的比例的高低，判定整个盘条截面上 的组织分布规律，似乎没有必要特别在标准中选定其它截面上的位置。 6、结语 一个显微镜视场中的珠

25、光体类型组织应当是属于一个类型，片状珠光体，或 是索氏体；其次，如果视场中存在不可分辨层片组织所占的比例超过85%则视 场中的所有组织属于索氏体；比例偏低，则是属于片状珠光体，此为一个简单判 断方法。另外，样品制备的好坏，是一切检验的起始，至关重要，不然会混淆组 织类型的判定，切不可大意，否则，可分辨层片组织部分很可能产生不可分辨层 片部分的观察效果。 常见磷化故障的解决办法 近年来，表面处理中转化膜技术发展较快。 在汽车摩托车的紧固件上采用较多的是磷酸盐（磷化） 和氧化（发黑）。虽然它们的防腐性能耐久性等级属于轻度保护，由于成本低廉，使用方便在表 面防护领域还占有一席之地。 磷化是借磷化溶液

26、在紧固件表面上人为地造成一层厚约10卩m保护膜，这层膜是难溶的磷 酸盐的混合物。 根据磷化液用的磷酸盐分类有：磷酸锌系、磷酸铁系、磷酸锰系。此外，还有在磷酸锌中加 钙的锌钙系，在磷酸锌中加铜、加镍的三元体系磷化等。 一、常见磷化故障的解决办法 故障1 :工件表面均匀泛黄，均匀疏松的磷化膜 主要原因：总酸度低、酸比低；促进剂浓度低；磷化温度低、时间短。 解决方法：补加磷化液和碱；补加促进剂；提高温度，延长时间。 故障2 :磷化成膜速度慢，但延长磷化时间仍可形成均匀完整膜 主要原因：表面调整能力不强；促进剂溶度不够；酸比低；磷化温度低。 解决方法：改进表调或换槽；补加促进剂；补加碱；提高温度。 故障3 :磷化膜局部块状条状挂灰；挂灰处磷化膜不均匀；时有彩色膜。 主要原因：工件在进入磷化槽前已经形成二次黄绿锈；表面调整能力差；磷化液中杂 质多。 解决方法：加快工序间周转或实施水膜保护；改进表调；更换槽液。 故障4 :磷化膜均匀出现色膜或均匀挂白 主要原因：促进剂含量过高；表调失去作用或表调后水洗过度；磷化液杂质过多、老 化。 解决方法：让促进剂自然降低；加强表调；换槽。 故障5