冷镦材料基础知识培训

冷 镦 材 料

冷镦(挤压)成型工艺简介：

紧固件成型工艺中、冷镦(挤)技术是一种主要加工工艺。冷镦(挤) 属于金属压力加工范畴，在生产中，在常温状态下，对金属施加外力， 使金属在预定的模具内成形，这种方法通常叫冷镦。它的主要优点概括 为以下几个方面： a.钢材利用率高； b.生产率高； c.机械性能好； d.适于自动化生产。 总之，冷镦(挤)方法加工紧固件、异形件是一种综合经济效益相当高 的加工方法，是紧固件业中普遍采用的加工方法，也是一种在国内、外 广为利用、很有发展的先进加工方法。 因此.如何充分利用、提高金属的塑性，掌握金属塑性变形的机理，研 制出科学合理的紧固件冷镦(挤)加工工艺，是冷镦行业的目的和宗旨 所在。

冷镦材料的技术信息

材料牌号：如Cr12MoV、20Mn、SKH9、 M42、1022、306等； 化学成分：C、Si、Mn、Ni、Cr、P、S等； 热处理状态：退火、淬火、回火、固溶处理、 时效处理等； 机械性能：σb、σs、δ5、ψ、αk、HB、 HRC等； 了解、熟悉和理解这些信息，对我们合理选用 和使用冷镦材料，会有极大的帮助。

第一章 金属材料的基础知识

第一节 金属材料的性能一、金属材料的工艺性能

金属材料适应冷热加工的能力，称为加工工艺性能，简称工 艺性能。工艺性能好的材料易于承受加工，生产成本低；工 艺性能差的材科在承受加工时工艺复杂、困难，不易达到顶 期的效果，加工成本也高。

(一)铸造性能(略) (二)锻造性能 重要零件的毛坯往往要经过锻造工序。材料承受锻压成型的 能力，称为可锻性。 金属的锻造性能可用金属的塑性和变形抗力(强度)来衡量。金 属承受锻压时变形程度大而不产生裂纹，其锻造性能就好。

金属的锻造性能取决于材料的成分、组织及加工条件。 通常低碳钢具有较好的可锻性，低碳钢的可锻性最好。随着含碳量的增加，钢的 可锻性降低。合金钢的可锻性略逊于碳钢。一般情况下，合金钢中合金元素含量 越多，其可锻性越差。铸铁则不能承受锻造加工。

金属的冷热拉伸、压缩、挤压和弯曲性能主要取决 于材料的塑性和强度。 (三)焊接性能 金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优 质焊接接头的能力，称为金属的焊接性。 影响钢的焊接性能的主要因素是钢的含碳量，随着含碳虽 的增加，焊后产生裂纹的倾向增大。钢中其它合金元素的 影响相应小些。 (四)切削性能 金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。

二、金属材料的力学性能

力学性能是指金属

材料在外力作用下，所表现出来的抵抗变形 和破坏的能力以及接受变形的能力。 (一)强度和塑性

强度是衡量材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。塑性 是衡量材料在外力作用下接受变形的能力。 拉伸试验是测定强度和塑性的最普遍方法，该试验依据国家标准 (目前通用的标准为GB/T 228-2002)进行，将材料制作成标准 试样或比例试样，在万能实验机上沿试样轴向缓慢地施加拉力， 试样随拉力的增加而变形，直至断裂。测得材料的弹性极限、屈 服极限、强度极限及塑性等主要力学性能指标。

1.拉伸试样

2.拉伸曲线

拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力-延伸率曲线表 示，纵坐标为应力σ,σ=F/S0,横坐标为延伸率δ,δ=Δl/l0。

拉伸曲线的形状与材料有关， 由图可见，在载荷小的oa阶 段，试样在载荷F的作用下 均匀伸长，伸长量与载荷的 增加成正比。如果此时卸除 载荷，试样立即回复原状， 即试样产生的变形为弹性变 形。当载荷超过b点以后， 试样会进一步产生变形，此 时若卸除载荷，试样的弹性 变形消失，而另一部分变形 则保留下来，这种不能恢复 的变形称为塑性变形。

3.强度

强度是材料抵抗塑性变形或断裂的能力。通过拉伸试验所测得的常用的 强度指标有屈服强度和抗拉强度。 屈服强度是材料产生屈服时对应的应力值。用符号σs表示，单位是 N/mm2或MPa,大小为载荷与试样原始横截面积的比值，即：

σs =Fs/S0

2) (N/mm

式中： Fs-材料屈服时的载荷(N); S0-试样原始横截面积(mm2)。

抗拉强度是材料在拉断前所承受的最大应力值。用符号σb表示，单 位是N/mm2或MPa,其大小为材料最大载荷与试样原始横截面积的比 值表示，即：

σb =F/S0

2) (N/mm

式中： F -材料屈服时的载荷(N); S0-试样原始横截面积(mm2)。

4.塑性金属材料的塑性指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力。拉伸试验所测 得的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。 断后伸长率，又称延伸率，标准试样的断后伸长率用δ 表示，指试样被拉 断后，其标距部分所增加的长度与原标距比值的百分率。即：

δ =(l1-l0)/l0×100%式中： l1-试样被拉断后标距的长度。 l0-试样原始标距。 断面收缩率指试样拉断后截面积的收缩量与原截面积之比的百分率，用符号 ψ表示。

(二)硬度 金属材料的硬度通常是指材料表面抵抗更硬物体压入时所引起局部塑性变形的 能力。 常见的硬度指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)和里氏硬 度(HL)等。 1.布氏硬度(HB)

F HB (kgf/mm 2 ) S

S πD(D D d )2 2

压头

的材质有淬火钢球或硬质合金两种，当压头材质为淬火钢球时， 布氏硬度用HBS表示，适用于测量布氏硬度≤450的材料；当压头材质 为硬质合金时，布氏硬度用HBW表示，适用于测量布氏硬度在450~ 650范围内的材料。

2.洛氏硬度(HR)

用一定载荷将压头压入材料表面，根据压痕深度表示硬度值。根据压头和载 荷的不同，洛氏硬度分HRA,HRB和HRC,试验规范见表3-1 。

试验规范

符号

压头类型

总载荷 (kgf)

适用范围 一般淬火钢等硬度较大材料

HRC

120°金刚石圆 锥 Φ1.588mm钢球

150 退火钢和有色金属等软材料

HRB

100 硬而薄的硬质合金或表面淬 火钢

HRA

120°金刚石圆 锥

60

3.维氏硬度(HV) 维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头压入试 样表面，保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下压痕，测量压痕对角线 的长度，计算压痕表面积，载荷F除以压痕面积S所得值即为维氏硬度。维氏 硬度用符号HV表示，计算公式如下：

F F HV 1.8544 2 (kgf/mm 2 ) S d

维氏硬度也可按对角 线的d值从表中查出，d 值为两对角线的算术平 均值。维氏硬度的结果 表示方法为： 硬度值+HV+试验载荷 /+载荷保持时间 (10~15秒不标注)。

例如，640HV30/20 表示在试验力30kgf作 用下保持载荷20秒测 定的维氏硬度值为640。 图1-5 维氏硬度试验示意图

4.里氏硬度(HL) 里氏硬度用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定的速度冲 击试样表面，用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速 度的比值计算硬度值。计算公式如下：

式中：vR—冲击体回弹速度； vA—冲击体冲击速度。

vR HL 1000 vA

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