普通螺栓掉頭補救措施的探討

孫清汝，袁福東，王濤，柴立超

螺栓緊固件頭桿結合強度是主要質量指標，是行業的技術關鍵。在機械化、自動化大批量生產過程中，有時發生螺栓掉頭質量問題，造成大批廢品。多年來緊固件行業在這方面采取了一些挽救措施。當發現產品掉頭后，可采用調質處理或正火工藝來加以解決，以采用調質處理為好，如用正火工藝，螺栓掉頭可以解決，但力學性能卻不一定全部保證。例如有的采用700～750℃加熱水淬，有的采用400～600℃的軟化退火，但都存在加熱溫度高，浪費能源，以及螺桿彎曲變形的質量問題，如何采取有效的廢品補救措施，降低生產成本，提高產品質量，是緊固件行業的一個重要課題。為此，我們進行了低溫回火工藝試驗。

1. 普通螺栓掉頭的形態

（1）頭部夾層處斷裂 初沖預鐓成形形狀不合適引起的掉頭。

（2）頭桿結合處引起斷裂的原因 ①材料組織缺陷：材料中有比較嚴重的偏析帶存在；材料縮孔、疏松、夾雜物等缺陷；材料有過熱引起的晶粒粗大組織。②生產工藝缺陷：材料改制過程中臨界變形度不合理引起的掉頭：原則上，在材料拉拔工序中，嚴禁采用6%～16%的斷面縮減率；材料酸洗、鍍鋅產生氫脆缺陷引起的掉頭；螺栓頭下圓角R 過小或根本沒有圓角引起的掉頭，如R 過小，勢必應力集中，并有可能使金屬纖維折斷，從而引起螺栓掉頭。

（3）殘余應力的影響 螺栓冷鐓前，材料在改制過程中由于拉伸產生宏觀殘余應力，在冷鐓變形過程中，位錯和晶體缺陷大為增加，產生點陣畸變，使其頭桿結合處應力增加，強度降低。

（4）纖維組織的影響 螺栓冷鐓成形后，由于頭部在桿長方向上受到壓縮，使其冷拔時的晶粒在拉長的方向發生改變，隨著變形量的增加，晶粒伸長的程度也越顯著。纖維組織的出現，將使鋼的力學性能呈現各向異性，沿著流線的方向具有較高的力學性能，垂直于流線方向的性能則較低，特別是塑性和韌性表現得更為明顯。由于纖維組織的影響，使其頭桿結合強度降低。

2. 試驗方法

試驗所用設備為井式RJJ-24回火爐、拉力試驗機，試驗產品規格：M20×90螺栓，試驗產品：第一組1～8號，第二組9～16號，第三組17～24號，第四組25～32號。試驗材料為Q235AF鋼，化學成分見表1。

3. 試驗結果

具體試驗數據見表2。

（1）試驗方法與平均抗拉強度，如圖1所示。

（2）試驗方法與合格率，如圖2所示。

圖1 試驗方法與平均抗拉強度

圖2 試驗方法與合格率

表1 材料化學成分（質量分數） （%）

4. 分析與討論

（1）殘余應力的影響 螺栓在冷鐓過程中產生殘余應力，當采用250℃×90min的低溫去應力回火后。殘余應力減少或消除，螺栓頭桿結合強度提高，使其斷裂部位移向螺紋處。

（2）回復的作用 當加熱溫度不太高時，冷變形金屬的顯微組織無明顯變化，仍保持纖維組織，力學性能也變化不大，但殘余應力顯著降低，物理和化學性能也部分地恢復到變形前的情況。回復的作用對螺栓的頭桿結合強度也有一定的貢獻。

5. 結語

綜上所述，對普通螺栓掉頭問題進行了補救工藝試驗及分析探討，初步得到如下看法：

（1）Q235材質的普通螺栓產生掉頭質量問題后，可以采用250℃×90min的低溫回火熱處理工藝方法來挽救產品，既可提高產品質量又可節約能源，在生產中取得了較好的經濟效益。

（2）螺栓產品在低溫回火過程中，強度略有提高，產生時效現象。

表2 試驗數據