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汽车紧固件冷镦钢开裂原因分析

发布时间:2020-12-28 浏览量:
摘要:随着汽车技术的快速发展, 紧固件行业对冷镦钢的表面质量及心部质量提出了更高的要求。虽然国内冷镦钢近几年发展迅速, 但依旧远落后于日本等先进国家。
随着汽车技术的快速发展, 紧固件行业对冷镦钢的表面质量及心部质量提出了更高的要求。虽然国内冷镦钢近几年发展迅速, 但依旧远落后于日本等先进国家。
 
紧固件开裂一般在原材料检验、冷镦、淬火、挑选工序被发现。通过酸洗、宏观分析、光学显微镜分析等找出末端原因, 进行质量优化改善。
开裂样件宏观分析
 
1.1 低倍观察
 
  线材或零件表面出现连续或断续线状缺陷, 大多呈轴向, 少数呈径向, 线材和零件表面缺陷被氧化物、磷皂化膜及润滑油等掩盖, 所以一般只能看到螺栓法兰盘位置存在开裂。
 
  但是表面处理后由于表面缺陷的存在而破坏了镀层的连续性, 零件上会出现明显的线状缺陷。
 
1.2 磁粉探伤分析
 
  将螺栓经过脱脂脱磷以及酸洗去除表面覆盖物后, 对冷镦及调质处理的法兰面出现开裂的螺栓进行磁粉探伤, 发现磁痕贯穿螺栓六角头部、法兰面开口处、支撑面及杆部, 磁痕深浅不一, 同一零件上存在一条或多条磁痕, 一般情况下零件上只会出现一条非常明显的磁痕。而有时也会出现多条磁痕平行或呈180°等形貌
 
金相分析
 
在长期检验过程中, 我们发现一般紧固件开裂主要由以下缺陷引起:铸坯裂纹、折叠、划伤等缺陷。
 
  2.1 连铸坯缺陷引起的裂纹形态和原因
 
  沿着磁痕切取横向试样, 磨制金相试样后观察, 裂纹一般和表面垂直或成一定角度, 裂纹深度一般大于0.10 mm, 也存在个别小于0.10 mm的, 多为穿晶开裂, 裂纹两侧有明显脱碳, 零件外圆无脱碳, 冷镦件组织为球化体+铁素体, 调质件组织为回火索氏体。
 
  裂纹应该存在于退火前 (冷镦件) 或调质前 (调质件) , 而且对于裂纹比较深且开口较小的缺陷, 裂纹中部和尖端会存在灰色高温氧化物 (未被酸洗掉) , 对于裂纹开口较大的缺陷裂纹内部氧化物经过多次酸洗后已去除。
连铸过程中容易形成裂纹、皮下气泡、表面夹渣、结疤、划伤、振痕等表面缺陷, 以及内裂纹、偏析、疏松等内部缺陷, 若后续表面清理不够全面, 这些缺陷则会在后续的轧制后, 沿轧制方向形成连续或断续平直或弯曲的裂纹缺陷。
 
  由于连铸过程温度较高, 大多表面缺陷如裂纹会在其裂纹两侧形成高温氧化物, 并且有明显的脱碳, 所以热轧线材比较容易判定是何缺陷。
 
  但是成品或半成品零件多经过多次酸洗、热处理、成型等工序, 部分缺陷的裂纹特征会掩盖, 一般通过裂纹形态初步判定。
 
  2.2 轧制过程产生的折叠缺陷形态和原因
 
  观察横截面微观组织, 折叠缺陷一般和零件表面呈小角度, 穿晶裂纹, 多为直线状, 部分形态呈锯齿状。
 
  折叠缺陷深浅不一, 折叠裂纹两侧有少量脱碳, 也有部分折叠裂纹两侧脱碳不明显, 对于热轧料折叠中有灰色氧化物, 但经过紧固件生产过程中的多次酸洗, 折叠裂纹两侧的氧化物会被反应掉, 除非裂纹比较深, 且开口有闭合现象, 在显微状态还能看到折叠裂纹两侧的氧化物
 
折叠是由上一道次轧件一侧或两侧出现耳子、轧件表面局部有凸起、凹坑、错位、划伤、褶皱、不平或有尖角以及过充满等缺陷, 带有缺陷的轧件进入下一道次轧制时, 缺陷被压平形成折叠。
 
  2.3 轧制过程中形成的表面划伤及原因
 
  沿着磁痕切取横向样, 磨制金相试样后观察, 显微镜下缺陷呈U型、凹型、V型等, U型、凹型缺陷宽而浅, 呈径向, 深度小于0.15 mm居多, 易于和其他缺陷区分。
 
  V型缺陷一般较深, 深度>0.04 mm, 划伤缺陷两侧无脱碳或少量脱碳, 热轧料划伤缺陷两侧有少量氧化物, 但经过酸洗加工后, 氧化物和酸反应掉。
 
  在零件上这些划伤一般开口处有经过拉丝和冷镦导致金属流动致开口变小的倾向。而且由于退火、调质、渗碳、氰化等均有氮气、甲醇裂解气、丙烷裂解气等保护气, 划伤两侧均有可能发生脱碳、复碳, 所以增脱碳仅做参考不能作为判定依据
在轧件轧制过程中, 与轧件接触的导卫、导槽、轧辊、辊环、吐丝管等磨损异常、有尖角有氧化皮、金属颗粒、或其他异物积聚, 在较高轧制温度和速度的情况下, 造成表面划伤, 经过后续的轧制无法消除而遗留在线材上。
 
结论及改进措施
  冷镦钢成型性能与冷镦钢表面质量及内部质量息息相关, 热轧线材上的表面缺陷如裂纹、折叠、划伤等会造成紧固件生产大量的挑选工作及严重的内废。也增加了不良品外流的风险。
 
  针对铸坯表面裂纹问题, 重点对连铸过程的结晶器液面波动进行管控, 控制二冷区水冷却, 采用电磁搅拌, 对于后期必须采用热火焰清理铸坯表面缺陷, 并在后期开坯后采用抛丸、超声波探伤、磁粉探伤、钢坯表面全修模等, 并且要确保设备良好, 按规程操作。
 
  针对盘条表面折叠问题, 将对在线工装件如导卫、轧辊的安装质量进行校验, 确保轧制前的对中, 另对张力进行动态调整, 避免轧制过程折叠的产生。
 
  针对冷镦钢盘条表面划线问题, 轧制前将重点对轧钢在线导轮进行检查, 对有破损的导辊进行更换, 确保轧制前在线导轮的表面完好及正常运转, 避免轧件的划伤。