紧固件制作工艺流程及材料要求知识应用

1、一、金属材料分类一、金属材料分类 如：铁、铬、锰如：铁、铬、锰等等金属金属有色金属。如铜、铝及其合金有色金属。如铜、铝及其合金黑色金属黑色金属 铸铁与钢铸铁与钢 纯铁纯铁:含碳含碳0.02%钢钢:含碳含碳0.02-2.11%铸 铁铸 铁 : 含 碳含 碳 2 . 1 1 -6.69% 亚共析钢亚共析钢:c0.77%共析钢共析钢:c=0.77%过共析钢过共析钢:0.77%c2.11% 2骄阳书苑钢的分类钢的分类 钢按用途分按用途分建筑用钢：螺纹钢建筑用钢：螺纹钢结构用钢（渗钢、调钢、弹簧钢）结构用钢（渗钢、调钢、弹簧钢）工具钢（碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢）工具钢（碳素工具钢、低合金工

2、具钢、高合金工具钢）特殊用钢（不锈钢、耐热钢）特殊用钢（不锈钢、耐热钢）按化学成分按化学成分合金钢合金钢 合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢碳素钢碳素钢按用途分按用途分3骄阳书苑钢的分类钢的分类 碳素钢碳素钢 按含碳量分按含碳量分 低碳钢低碳钢0.25%c中碳钢中碳钢0.30.55%c高碳钢高碳钢0.60%c按质量分按质量分 普通碳素钢普通碳素钢s、p含量分别含量分别0.055、0.045%优质碳素钢优质碳素钢s、p含量含量0.040%高级优质碳素高级优质碳素s、p含量分别为含量分别为0.03%按用途分按用途分 碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢4骄阳书苑二、紧

3、固件用钢的要求二、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、及不紧固件用钢材（包括碳钢、合金钢、低合金钢、及不锈钢）。锈钢）。 应具满足二个要素：应具满足二个要素：工艺性：冷镦性、热镦性、热处理可淬性。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。材料的化学成份要满足产品等级要求。 但是材料质量引起工艺性和质量异议是比较突出的。但是材料质量引起工艺性和质量异议是比较突出的。 目前目前, ,全世界每年生产全世界每年生产12001200多万吨钢制紧固件。多万吨钢制紧固件。20042004年年我国钢制紧固件的产量为我国钢制紧固件的产量为350350万吨左右

4、，约占世界产量万吨左右，约占世界产量的四分之一。的四分之一。5骄阳书苑1 1 、紧固件用钢的分类、紧固件用钢的分类(1)(1)、 按产品特点可分为四种类型按产品特点可分为四种类型 第一类第一类- - 非热处理型：主要是低碳钢系列。加工的成品等级是非热处理型：主要是低碳钢系列。加工的成品等级是 4.6 4.66.86.8级低强度螺纹紧固件。级低强度螺纹紧固件。第二类第二类- - 调质型：主要是中碳钢、低合金钢、合金钢系列。加工调质型：主要是中碳钢、低合金钢、合金钢系列。加工 的成品等级是的成品等级是8.88.812.912.9级高强度螺纹紧固件。级高强度螺纹紧固件。第三类第三类- - 表面硬化型

5、：以表面硬化型：以ml18mnml18mn、ml22mnml22mn和和ml20crml20cr为代表的钢为代表的钢 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。要求表面渗碳型制品。6骄阳书苑(2) (2) 按交货形态可分为直圆和盘圆按交货形态可分为直圆和盘圆通常习惯把通常习惯把2525以下的直圆称作为小盘圆，以下的直圆称作为小盘圆，2525以上以上的直圆称棒材的直圆称棒材, ,1616以下的盘圆称线材、以下的盘圆称线材、1616以上的盘以上的盘圆称盘条。圆称盘条。(3) (3) 按加工方法可分为热锻和冷锻按加工方法可分

6、为热锻和冷锻即热锻与冷镦即热锻与冷镦( (冷挤压冷挤压) )两种用钢类别。两种用钢类别。7骄阳书苑2、紧固件用冷镦钢的一般质量要求、紧固件用冷镦钢的一般质量要求(1) (1) 尺寸与公差尺寸与公差尺寸公差按照尺寸公差按照gb/t 14981gb/t 14981热轧盘条直径和尺寸公差热轧盘条直径和尺寸公差标准中的标准中的规定执行，分为规定执行，分为a a、b b、c c三个等级，圆度公差尺寸值是尺寸公差值的三个等级，圆度公差尺寸值是尺寸公差值的60%60%。其中。其中a a级公差最大，级公差最大，c c级公差最小，一般钢厂合同中不注明的均级公差最小，一般钢厂合同中不注明的均按按b b级交货。级交

7、货。(2) (2) 表面质量表面质量 -线材表面应光滑圆整，无凹凸、折叠、节疤、裂纹、麻点线材表面应光滑圆整，无凹凸、折叠、节疤、裂纹、麻点 表面锈蚀。表面锈蚀。 表面脱碳层。表面脱碳层。 氧化皮总量氧化皮总量10kg/t10kg/t。为保证线材轧制后的表面质量，钢坯表。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面缺陷的深度不超过0.4mm0.4mm。镦锻加工材料开裂主要是表面外观质量引起达镦锻加工材料开裂主要是表面外观质量引起达60%60%比例。比例。8骄阳书苑 冷镦和热镦中最特出的问题是材料表面的发纹和微细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

8、沿轴线方向，几乎占产裂是引起镦锻开裂。这类裂缝是沿轴线方向，几乎占产品开裂比例品开裂比例60%60%以上。但轴向的裂缝并不影响强度，就以上。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。是外观质量不好，让用户担心而拒收，非常可惜。 材料材料常见常见裂纹裂纹9骄阳书苑(3) (3) 内部质量缺陷内部质量缺陷 * * 显微组织显微组织基本组织（除特殊要求外）应该是铁素体珠光体基本组织（除特殊要求外）应该是铁素体珠光体（f fp p）。）。 * * 晶粒度晶粒度 要求晶粒度组织为要求晶粒度组织为2 24 4级，级，3 3级为好。级为好。 * * 低倍体组织低倍体组织缩孔和中

9、心缩孔缩孔和中心缩孔易引起掉头和搓丝心部开裂易引起掉头和搓丝心部开裂 疏松疏松钢材不致密，影响机械性能。钢材不致密，影响机械性能。 偏析偏析化学成份和非金属杂物分布不均匀，使钢化学成份和非金属杂物分布不均匀，使钢材塑性降低，不利于成型材塑性降低，不利于成型 。 * * 非金属夹杂物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。质量的重要指标。10骄阳书苑(4)(4) 钢的淬透性钢的淬透性。 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。性能、冷却液温度。 大规格

10、与小规格热处理中选取用材料应有所区分。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。要注意材料的淬透性的开裂。(5)(5)化学成分化学成分冷镦钢要求成分纯净、除冷镦钢要求成分纯净、除s s、p p要求以外，碳钢中的要求以外，碳钢中的mnmn、sisi、alal等几种元素。等几种元素。11骄阳书苑（6 6）工艺性）工艺性 * * 可加工性可加工性在标准件行业分：在标准件行业分： 冷镦性冷镦性 热镦锻性。热镦锻性。 通过冷镦（冷顶锻）试验确认：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一般要求做外六角头螺栓的材料应至少保证压偏1/2h1/2h

11、（h-h-试件高度）试验试件高度）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/3hl/3h合格。合格。 * * 冷、热镦工艺对材料的要求冷、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。性变型。 低碳量钢含碳量低于低碳量钢含碳量低于0.20%0.20%、强度、强度b420n/mm2b420n/mm2、要求冷作硬化趋势就小。、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

12、度中碳钢或低碳、中碳合金钢要进行退火处理，退火后的硬度hrb 88hrb 88为最为最隹。退火过程中要防止脱碳和氧化皮的生成。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氧化皮直接影响到产品外观质量12骄阳书苑（7 7）、各类元素对钢的性质的影响）、各类元素对钢的性质的影响1 1）、碳（）、碳（c c）：提高钢件强度，尤其是其热处理性）：提高钢件强度，尤其是其热处理性能，但随着含碳能，但随着含碳 量的增加，塑性和韧性下降，量的增加，塑性和韧性

13、下降，并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。 2 2）、锰（）、锰（mnmn）：提高钢件强度，并在一定程度上）：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，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。可焊性不利。并会影响电镀时镀层的控制。3 3）、镍（）、镍（nini）：提高钢件强度，改善低温下的韧）：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性，提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处

14、理效果，减小氢脆的作用理效果，减小氢脆的作用13骄阳书苑4 4）、铬（）、铬（crcr）：能提高可淬性，改善耐磨性，提）：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。高耐腐蚀能力，并有利于高温下保持强度。5 5）、钼（）、钼（momo）：能帮助控制可淬性，降低钢对回）：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火脆性的敏感性，对提高高温下的抗拉强度有很大影响。大影响。6 6）、硼（）、硼（b b）：能提高可淬性，并且有助于使低）：能提高可淬性，并且有助于使低碳钢对热处理产生碳钢对热处理产生 预期的反应。预期的反应。7 7）、矾（）、矾（v v）

15、：细化奥氏体晶粒，改善韧性。）：细化奥氏体晶粒，改善韧性。8 8）、硅（）、硅（sisi）：保证钢件的强度，适当的含量可）：保证钢件的强度，适当的含量可以改善钢件塑性和韧性。以改善钢件塑性和韧性。（7 7）、各类元素对钢的性质的影响）、各类元素对钢的性质的影响14骄阳书苑（一）碳钢。（一）碳钢。 1)1)、低碳钢、低碳钢c%0.25% c%0.25% 。 国内通常称为国内通常称为q195q235q195q235钢。含碳量较低，可塑性好适钢。含碳量较低，可塑性好适用于冷镦加工，但不能通过热处理来提高强度，适用于低强用于冷镦加工，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。主要用于度级别

16、的紧固件。主要用于4.84.8、5.85.8级螺栓及级螺栓及6 6级和级和181181螺母。螺母。 2)2)、中碳钢、中碳钢0.25%c%0.45% 0.25%0.25%c%0.25%。低碳马氏体钢。低碳马氏体钢目前常用目前常用20mntib20mntib等。等。 2)2)、中碳合金钢：在普碳钢中加入合金元素，增、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：加钢材的一些特殊性能，如使用最多的合金钢有： 40cr40cr、35grmo35grmo、35grmo35grmo、b7b7、35vb35vb。合金钢。合金钢中的合金元素增加则提高淬透性、提高强度，也中

17、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。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。要预退火处理。16骄阳书苑（1 1） gb700 gb700 碳素结构钢碳素结构钢 热轧钢材牌号的表示方法：热轧钢材牌号的表示方法：例：例：q195aq195af f q q钢材屈服点钢材屈服点 a a、b b、c c、dd质量等级质量等级 f f沸腾钢沸腾钢 碳素结构钢的化学成份碳素结构钢的化学成份 牌号牌号碳碳%锰锰%硅硅%硫硫%磷磷%q1950.060.120.250.500.300.500.45q2150.090.150.250.550.300

18、.500.45q2350.120.220.300.800.300.500.45q2550.180.280.400.700.300.500.45q2750.280.380.500.800.350.500.4517骄阳书苑力学性能：力学性能：q195q195（a1a1） 屈服点屈服点195n/195n/2 2 抗拉强度抗拉强度430n/430n/2 2q215q215（a2a2） 屈服点屈服点215n/215n/2 2 抗拉强度抗拉强度335335450n/450n/2 2q235q235（a3a3） 屈服点屈服点235n/235n/2 2 抗拉强度抗拉强度375375500n/500n/2 2试

19、验要求：试验要求：化学成份拉力试验、冷弯、常温冲击试验、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（标准是没有规定的，但工艺上要冷镦锻压冷镦锻压偏试验）。偏试验）。18骄阳书苑（2 2） gb/tgb/t699699优质碳素结构钢优质碳素结构钢 技术要求：技术要求： 牌号化学成份；钢的硫、磷控制；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。尺寸、表面质量要求好。 35 35钢钢c c： 0.320.320.390.39、 s s：0.170.170.37 0.37 m m：0

20、.500.500.800.80 45 45钢钢c c： 0.420.420.500.50、 s s：0.170.170.370.37 m m：0.500.500.800.8019骄阳书苑（3 3） gb/t3077gb/t3077合金结构钢合金结构钢 钢种分：优质钢、高级优质钢、特级优质钢钢种分：优质钢、高级优质钢、特级优质钢 压力用钢分：压力用钢分：热压力加工钢、顶镦钢、冷拔坏钢热压力加工钢、顶镦钢、冷拔坏钢 技术要求：技术要求： 牌号化学成份；钢的硫、磷控制；尺寸，表面质量要求好牌号化学成份；钢的硫、磷控制；尺寸，表面质量要求好 40c 40c c c0.370.370.440.44、 s

21、 s0.170.170.370.37、 m m 0.500.500.800.80、 c c0.800.801.101.10 35 c 35 cm ma a c c0.320.320.400.40、 s s0.170.170.370.37、 m m 0.500.500.800.80、 c c0.900.901.201.20、 m m0.150.150 020骄阳书苑（4 4）gb/t 715-1989gb/t 715-1989冷镦和冷挤压用钢冷镦和冷挤压用钢适用于冷镦和冷挤压用钢生产适用于冷镦和冷挤压用钢生产ml10ml10、ml20ml20、ml35ml35 试验：试验： 抗拉试验和抗拉试验和

22、冷镦压偏试验冷镦压偏试验、淬透性、脱碳、表、淬透性、脱碳、表面质量。面质量。 ml10 ml10 c c：0.070.070.140.14、 m m0.600.60、 s s0.035 0.035 ml35 ml35 c c：0.32-0.400.32-0.40、 m m0.600.60、s s0.035 0.035 21骄阳书苑（5 5）、日本钢材）、日本钢材jisjisg3506 g3506 日本低碳软钢日本低碳软钢swrm10 swrm10 碳量碳量c c0.08-0.130.08-0.13抗拉强度抗拉强度 390 n/390 n/2 2swrm15 swrm15 碳量碳量c0.13c0

23、.130.180.18抗拉强度抗拉强度 490 n/490 n/2 2jisjisg3507 g3507 冷镦用碳钢盘条冷镦用碳钢盘条swrch15kswrch15k碳量碳量c c0.13-0.170.13-0.17抗拉强度抗拉强度 490 n/490 n/2 2swrch35kswrch35k碳量碳量c c0.32-0.380.32-0.38抗拉强度抗拉强度 620 n/620 n/2 222骄阳书苑高强度紧固件常用材料：高强度紧固件常用材料：1 1 螺栓：螺栓： 10.9 10.9级：中碳钢和低碳合金钢；级：中碳钢和低碳合金钢； 一般：小规格可采用一般：小规格可采用40cr40cr；比较重

24、要的结构部位；比较重要的结构部位可采用可采用35crmo35crmo或者或者42crmo42crmo。 8.8 8.8级：级：45#45#中碳钢和低碳合金钢，中碳钢和低碳合金钢，m24m24规格的螺规格的螺栓，可以采取与栓，可以采取与10.910.9级规定的材料（淬透性）级规定的材料（淬透性）2 2、钢结构高强度螺栓：、钢结构高强度螺栓： 10.9 s 10.9 s 级：级：m24 m24 采用采用20mntib20mntib； m27 m27、m30 10.9m30 10.9级用级用35vb35vb； 10.910.9（hvhv） m33m33可采用可采用35crmo35crmo或者或者42

25、crmo42crmo23骄阳书苑大规格大规格10.9级螺栓常用的三种材料级螺栓常用的三种材料名称名称ccrmopsni imn35crmo0.32-0.400.8-1.10.15-0.250.0350.0350.0350.0350.0300.0300.4-0.742crmo0.38-0.450.9-1.20.15-0.250.0350.0350.0350.0350.0300.0300.4-0.7b70.37-0.490.75-1.20.15-0.250.0350.0350.0400.0400.0300.0300.65-1.124骄阳书苑螺母和垫圈材料螺母和垫圈材料3螺母：螺母： 一般采用一般采

26、用35#、45#； 大规格螺母可以采用大规格螺母可以采用40cr。4垫圈：垫圈： 一般采用一般采用35#、45#。 几种硬度表示方法：几种硬度表示方法： hrc35-45；hv200；hv300。25骄阳书苑 产品性能对材料的要求产品性能对材料的要求26骄阳书苑四、常规材料检验四、常规材料检验1.1.首先检验钢材的批号、炉号、钢种和交货状态（是切削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。量保证书相比较。2.2.外观质量和尺寸检查。外观质量和尺寸检查。3.3.硬度要求：低碳钢硬

27、度要求：低碳钢hrbhrb85、中碳钢中碳钢hrbhrb88、4.4.进行冷和热镦锻的样品试验。进行冷和热镦锻的样品试验。5.5.热酸检验的目的是检查材料中心疏松和材料中心方框偏热酸检验的目的是检查材料中心疏松和材料中心方框偏析的程度，防止螺栓掉头和搓丝工序中的轴向开裂。析的程度，防止螺栓掉头和搓丝工序中的轴向开裂。6.6.机械性能试验：抗拉强度、伸长率的试验。机械性能试验：抗拉强度、伸长率的试验。2727骄阳书苑一、不锈钢有奥氏体、铁氏体和马氏体不锈钢有奥氏体、铁氏体和马氏体 1）、奥氏体不锈钢（）、奥氏体不锈钢（18%cr、8%ni）耐热性好，耐腐蚀性）耐热性好，耐腐蚀性 好，可焊性好，好

28、，可焊性好，304、305、316、321是不可热处理的，但它是不可热处理的，但它的强度可通过冷作硬化和应变硬化来提高强度。固溶退火后的的强度可通过冷作硬化和应变硬化来提高强度。固溶退火后的强度为强度为516nmm2，冷作硬化后强度为，冷作硬化后强度为 620/nmm2； 2）、）、430、430f铁素体不锈钢不能热处理，铁素体不锈钢。铁素体不锈钢不能热处理，铁素体不锈钢。 18%cr镦锻性较好镦锻性较好 ，耐腐蚀性强于马氏体；一般强度为，耐腐蚀性强于马氏体；一般强度为 500nmm2左右；左右； 3）、马氏体、）、马氏体、13%cr耐腐蚀性较差，强度高，耐磨性好，耐腐蚀性较差，强度高，耐磨性好，410、 416、431马氏体不锈钢。马氏体不锈钢。28骄阳书苑 不锈钢材料不锈钢材料 不不锈锈钢钢 304304、305305奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢