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根據(jù)別列葉夫“汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)件廠”的經(jīng)驗(yàn)
【俄】B.B馬伊斯特連科等著 江蘇朱燕貞譯
一、前言
在現(xiàn)化化機(jī)械中，緊固件(螺栓、螺釘、螺柱、螺母、墊圈等)的數(shù)量占零件總量的60%，因此提高緊固件的生產(chǎn)效率是甚為迫切的任務(wù)�！ �
大量的緊固件是應(yīng)用冷體積沖壓過(guò)程制造的：鐓粗、縮徑、正擠壓和反擠壓等�！ �
根據(jù)汽車(chē)緊固件的主要發(fā)展趨勢(shì)(幾何形狀復(fù)雜化見(jiàn)圖1)，提高汽車(chē)緊固件強(qiáng)度和精度，將對(duì)用來(lái)制造緊固件的材料提出高的要求。
對(duì)冷體積沖壓用鋼的一整套要求中，占特別地位的是在冷態(tài)下不可變形性的指標(biāo),既變形程度達(dá)70%-75%的變形能力時(shí)不形成裂紋、斷裂、剪移帶和其它塑性(延伸率和收縮率高)。金屬的可變形性將決定凹模腔的充填能力，以及再現(xiàn)凹模表面幾何形狀的精度。
二、評(píng)價(jià)可變形性的方法
熟知的評(píng)價(jià)可變形性方法(鐓粗試缺陷。冷體積沖壓用鋼應(yīng)該有高的原始驗(yàn)，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)等)可登記用于冷體積沖壓的材料卡，可按大小排列進(jìn)行材料的比較，但不適于在制造具體制件時(shí)(例如用冷鐓法)預(yù)測(cè)材料的形狀，因?yàn)樵谶@些評(píng)價(jià)中沒(méi)有考慮真實(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)、變形的溫度一速度條件，以及工具的強(qiáng)度特性�！ �
為了確定可變形性、變形抗力和材料的硬化傾向，已研制了專用的方法和試驗(yàn)法。根據(jù)零件的應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)、原始材料(10F、35、38CrMnNiMo、20Mn2B等)塑性的研究結(jié)果，以及試驗(yàn)結(jié)果，論證了必須用差示法選擇桿件(螺栓、螺釘、銷(xiāo))、空心件(螺母、管接頭、鉚釘)和專用件(球銷(xiāo)、接管螺母、剎車(chē)軟管的管嘴)制造用鋼，并且，下列指標(biāo)必須相互匹配：金屬的塑性壽命、工具耐用度、工藝過(guò)程穩(wěn)定性�！ �
在冷體積沖壓時(shí)，特別是表征各向壓縮的冷擠壓時(shí)，評(píng)價(jià)工藝可變形性的主要判據(jù)是鋼的變形抗力及其在加工過(guò)程中的變化。應(yīng)用這過(guò)程的主要限制之一是作用在工具上的壓力值高(大約2200-2500Mpa)。由于變形不均勻性和材料的流動(dòng)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)(特別在復(fù)合沖壓過(guò)程時(shí))，在被變形毛坯的某些區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生超過(guò)允許值的拉應(yīng)力的剪應(yīng)力，從而引起微裂紋宏裂紋的形成，有時(shí)還產(chǎn)生毛坯完全破壞。
在一系列情況(鐓粗、復(fù)合擠壓等)下，除了變形抗力外，還必須考慮毛坯的破壞特征。評(píng)價(jià)破壞的種類(lèi)對(duì)解決與原始金屬的質(zhì)量和變形工藝過(guò)程的穩(wěn)定相關(guān)問(wèn)題極為重要。甚至在鋼的原始塑性指標(biāo)相對(duì)高時(shí)產(chǎn)生的脆性破壞，可證明變形工藝過(guò)程的不穩(wěn)定性和不可能保證使用時(shí)零件的可靠性�！ �
變形抗力和其與變形程度的關(guān)系可按硬化曲線確定。這硬化曲線是按拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)機(jī)械試驗(yàn)的結(jié)果作出的。在確定鐓粗、擠壓和其它大多表征為壓縮主應(yīng)力的工序中的變形抗力時(shí)，必須優(yōu)先采用壓縮試驗(yàn)�！ �
按壓縮、拉伸和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果作出的強(qiáng)化曲線和20Mn2B、16CrSiNi和38CrMnNiNo鋼的塑性圖表，如圖2所示。圖中σ/T為決定壓應(yīng)力和拉應(yīng)力之間比值的應(yīng)力狀態(tài)指標(biāo)：σ為平均應(yīng)力；T為剪應(yīng)力強(qiáng)度�！ �
對(duì)沖壓時(shí)的硬化特征和硬化程度起顯著影響的是變形量和在冷拉原始軋材或毛坯時(shí)應(yīng)力狀態(tài)的種類(lèi)，以及鋼的組織。在主要的沖壓工序中，相對(duì)變形為70%-75%以上。在冷體積沖壓過(guò)程中存在拉應(yīng)力，并與原始毛坯的表面缺陷(劃道、發(fā)紋、結(jié)疤)結(jié)合，將引起塑性急劇下降。所進(jìn)行的研究表明利用連鑄坯制造復(fù)雜型零件的優(yōu)點(diǎn)。沖壓時(shí)連鑄坯的變形程度達(dá)90%。
冶金起源的缺陷通過(guò)鐓粗試驗(yàn)確定。在測(cè)量硬度和拉伸試驗(yàn)(包括確定收縮率)時(shí)，上述缺陷將引起冷體積沖壓工藝過(guò)程的完全破壞。一般，上述缺陷對(duì)試驗(yàn)結(jié)果不起顯著影響。
三、對(duì)冷體積沖壓用原始金屬的主要要求
根據(jù)綜合評(píng)價(jià)鋼的塑性、分析硬化曲線和大量的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，形成了對(duì)冷體積沖壓用原始金屬的主要要求。
這些要求除了足夠的塑性外，還包括對(duì)機(jī)械性能（σb值在±50Mpa范圍內(nèi)）和化學(xué)成分的要求，以及對(duì)鋼的顯微組織（粒狀珠光體含量應(yīng)是80%-90%）等要求。對(duì)用來(lái)制造高強(qiáng)度零件的調(diào)質(zhì)鋼，提出的重要要求是它們的淬透性高。
最完全滿足上述要求的是用硼微合金化的鋼。圖3列出了各種鋼的淬透性曲線。這些曲線表示了用硼合金化的效果。實(shí)際上，用含硼低合金鋼替代高碳和中碳鋼，在最近十年來(lái)已獲得了廣泛推廣。人們正在利用含鋼硼替代難變形鋼（20Cr、19MnNi、16CrMnNiMo30、35、45、38CrMnNiMo、40Cr、40CrNi、40CrNiMoA等），從而降低了稀缺合金元素的消耗。
緊固件的質(zhì)量將取決于冷體積沖壓用高質(zhì)量軋材的應(yīng)用。對(duì)高強(qiáng)度緊固件，中央鮑爾金黑色冶金科學(xué)研究所與伏爾加汽車(chē)制造廠股份有限公司的切削試驗(yàn)室一起研制了一系列經(jīng)濟(jì)型含硼合金鋼（12Mn1B、20Mn2B、30Mn1B、35Mn1B），確定了它們的合理利有范圍。這范圍可在有依據(jù)的選擇鋼牌號(hào)時(shí)擴(kuò)大伏爾加汽車(chē)中8.8、9.8、10.9、12.9級(jí)緊固件的應(yīng)用，從而可提高螺紋聯(lián)接件的可靠性，且可減少了緊固件的成本。
冷體積沖壓用含硼鋼（含硼量0.001%以上）的特點(diǎn)是：它們的工藝塑性高，淬透性高（深度達(dá)50μm）。在淬火和回火后零件的所有強(qiáng)度水平（直至σb=1500MPa值）下，含硼鋼零件的沖擊韌性較碳鋼零件（強(qiáng)度水平相同）10~20J/cm2。而按脆性一韌性轉(zhuǎn)變溫度確定的冷脆性界限值低30-50℃。
現(xiàn)已確定，0.2%~0.35%C的含硼鋼具有高的淬透性，并可保證零件在熱強(qiáng)化后的有高的強(qiáng)度（σb==800~1300Mpa），在原始狀態(tài)下，與利用在零件內(nèi)達(dá)到相同強(qiáng)度的傳統(tǒng)鋼相比，有較高的塑性，這時(shí)，對(duì)含碳量達(dá)0.3%的含硼鋼，不需要碳化物的預(yù)球化處理。
個(gè)別復(fù)雜型的高強(qiáng)度零件只能用含硼鋼制造（BA3-2121汽車(chē)的車(chē)輪螺栓、調(diào)節(jié)前傳動(dòng)汽車(chē)輪轂用的帶偏心支承墊的螺栓。）
目前，正常進(jìn)行用12Mn1B鋼替代20和20Mn2B鋼制造六角螺母的工作。這種鋼有較高的塑性，從而保證冷鐓工具和螺紋成形工具有較高的耐用度，并具有較好的淬透性。這時(shí)，該鋼較20和20Mn2B鋼便宜。
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