鎖釘套開裂原因分析及解決方案

賀慧清+陳雙遠

摘 要：鎖釘套是螺旋鎖基礎組件之一，它是以漲鉚的形式固定于安裝板上的。但成品鎖釘套在裝配過程中卻出現不同程度的開裂。造成鎖釘套成品的報廢，甚至使成品安裝板的質量降低。本文通過對鎖釘套加工工藝的分析，找到了鎖釘套開裂的成因，并給出了相應的解決方案。

關鍵詞：鎖釘套；漲鉚；開裂；解決方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.024

1 鎖釘套結構分析及裝配過程

1.1 鎖釘套結構分析

鎖釘套零件圖（圖1），設計圖紙要求零件材料為10#鋼棒料。壁厚0.5mm，是典型的薄壁類零件。對于這種零件采用的工藝方法是：用10#鋼棒料一次裝夾完成鎖釘套的車削成型后，進行熱處理（去應力退火）、鍍涂而成。

1.2 鎖釘套裝配過程

鎖釘套是以漲鉚的裝配方式固定于安裝板上的（圖2）。然后再將彈簧、快卸螺釘裝配于鎖釘套中收口而成。裝配完成后的成品螺旋鎖（圖3）。

1.3 鎖釘套裝配過程中存在的問題

在對鎖釘套的漲鉚過程中，批次性出現了鎖釘套漲鉚部分度開裂的問題（圖3），圖示漲鉚圈上出現了不規則裂紋，致使鎖釘套一次性裝配合格率只能達到70 %左右。這樣，不僅使成品鎖釘套報廢，而且由于反復拆除開裂的鎖釘套，造成安裝接孔變形，使成品安裝板質量降低。

2 鎖釘套開裂問題定位分析

一般情況下，鎖釘套在漲鉚過程中發生開裂問題主要有兩方面的原因：一是漲鉚方法的原因；另外就是鎖釘套自身的原因，即鎖釘套本身硬度過、高過脆，不能滿足漲鉚要求。通過對操作者漲鉚方法的確認，可排除漲鉚方法這一因素。因此，初步判斷開裂原因在于鎖釘套本身。對在線開裂鎖釘套的維氏硬度進行了檢測。試驗在室溫20℃下進行，其維氏硬度在HV482～HV499之間。

通過維氏硬度與洛氏硬度對比，發現開裂鎖釘套的洛氏硬度均在HRC47.7～HRC49.1之間。開裂的鎖釘套硬度遠遠高于10#鋼的硬度。一般情況下，零件硬度達到HRC40以上時，強度和耐磨性增強的同時，零件本身變脆，塑性和延展性顯著下降。

3 原因分析

3.1 查找原因

下面從鎖釘套的材料和加工過程兩方面，查找鎖釘套變脆，塑性下降，造成漲鉚開裂的原因。

（1）材料方面：10#鋼為優質炭素結構鋼，屈服點和抗拉強度比值較低，塑性和韌性較高，排除設計選材的問題。

（2）加工過程：鎖釘套加工的工藝方法，主要經過三個步驟，車削成型—去應力退火—表面處理（酸洗后鍍鋅氧化發黑Fe/EP·Zn15）而成。車削成型，僅有內應力的產生和重新分布。可通過去應力退火消除和平衡。一般不會影響零件的性能。對車削成型和去應力退火工序后的鎖釘套的維氏硬度進行檢測，試驗仍在室溫20℃下進行，其維氏硬度均在HV182～HV185之間。

同時，隨機抽取10件鎖釘套中進行試鉚，結果顯示：10件試鉚的鎖釘套面沒有開裂現象。

結論：表面處理工序是造成鎖釘套變硬變脆，塑性和延展性顯著下降的主要原因。

3.2 原因分析

在電鍍過程，由于鍍液中水分子的離解，總會或多或少地存在一定數量的氫離子，即零件在電鍍過程中，陰極在析出金屬（主反應）的同時，也伴有氫氣的析出（副反應）。析出的氫會滲入鍍層，甚至滲入基體金屬內。氫在金屬內部使金屬晶格扭曲，產生很大的應力，致使零件變硬變脆，塑性和延展性顯著下降。氫脆現象主要發生在碳鋼和低合金鋼中。在碳鋼和低合金鋼的電鍍過程中，析氫、滲氫是不可避免的。氫脆現象最顯著的特點，就是表現為應力作用下的延遲斷裂現象。它是電鍍過程中最嚴重的質量隱患之一。

因此，經過表面處理，即酸洗后鍍鋅氧化發黑（Fe/EP·Zn15）后的鎖釘套變硬變脆，塑性和延展性顯著下降，主要是氫脆現象所致。

4 解決措施

4.1 減少酸洗過程中的滲氫數量

鎖釘套的表面處理包括酸洗和鍍鋅兩個工步，在酸洗和鍍鋅過程中鎖釘套都是浸在相應的溶液中發生反應，不可避免地有氫滲入鎖釘套的基材內部和鍍層中。在鍍鋅前酸洗是為了消除鎖釘套去應力退火時表面產生的氧化皮。優化酸洗溶液的配比，控制鎖釘套在溶液中的浸泡時間。最終確認的酸液工藝規范：硫酸濃度20%左右，鹽酸濃度48%左右，時間控制在10分鐘以內。可確保鎖釘套表面氧化皮清除干凈。同時在酸洗液中添加一定數量的若丁等緩蝕劑，以減少氫的滲透。

4.2 鍍后去氫處理

一般認為，鋼件鍍鋅較其它鍍層，氫更易滲入基材內部和鍍層中并殘留下來。可見，采用10#鋼加工的鎖釘套鍍鋅后的氫脆現象，通過去氫處理可有效消除。

新的國際標準規定鍍鋅去氫“最好在鍍后1h內，但不遲于3h，進行去氫處理”。去氫處理常在烘箱內進行。溫度控制的高低應根椐基體材料而定。通過試驗，確定鎖釘套在鍍鋅完成后1h內進行去氫處理。去氫處理的溫度為200±10℃，保溫時間2.5h。

5 效果確認

按上述工藝方法確定的去氫處理，對完成鍍鋅處理的100件鎖釘套進行去氫處理。去氫處理后隨即抽查了10件進行漲鉚，結果顯示鎖釘套無一開裂。我們隨機抽樣測試了鎖釘套的維氏硬度，試驗繼續在室溫20℃下進行，其維氏硬度均在HV181～HV183之間。可以看出鎖釘套維氏硬度基本上恢復到車削后去應力后的維氏硬度。去氫措施取得了非常好的效果。

6 結束語

通過本次鎖釘套開裂原因分析，使我們充分認識到鋼件鍍鋅過程的氫化現象對零件性能的影響，對鋼件鍍鋅后進行去氫處理的必要性有了深刻的認識。從根本上解決了鎖釘套漲鉚裝時的開裂問題。endprint