普通螺栓掉头补救措施的探讨

孙清汝，袁福东，王涛，柴立超

螺栓紧固件头杆结合强度是主要质量指标，是行业的技术关键。在机械化、自动化大批量生产过程中，有时发生螺栓掉头质量问题，造成大批废品。多年来紧固件行业在这方面采取了一些挽救措施。当发现产品掉头后，可采用调质处理或正火工艺来加以解决，以采用调质处理为好，如用正火工艺，螺栓掉头可以解决，但力学性能却不一定全部保证。例如有的采用700～750℃加热水淬，有的采用400～600℃的软化退火，但都存在加热温度高，浪费能源，以及螺杆弯曲变形的质量问题，如何采取有效的废品补救措施，降低生产成本，提高产品质量，是紧固件行业的一个重要课题。为此，我们进行了低温回火工艺试验。

1. 普通螺栓掉头的形态

（1）头部夹层处断裂 初冲预镦成形形状不合适引起的掉头。

（2）头杆结合处引起断裂的原因 ①材料组织缺陷：材料中有比较严重的偏析带存在；材料缩孔、疏松、夹杂物等缺陷；材料有过热引起的晶粒粗大组织。②生产工艺缺陷：材料改制过程中临界变形度不合理引起的掉头：原则上，在材料拉拔工序中，严禁采用6%～16%的断面缩减率；材料酸洗、镀锌产生氢脆缺陷引起的掉头；螺栓头下圆角R 过小或根本没有圆角引起的掉头，如R 过小，势必应力集中，并有可能使金属纤维折断，从而引起螺栓掉头。

（3）残余应力的影响 螺栓冷镦前，材料在改制过程中由于拉伸产生宏观残余应力，在冷镦变形过程中，位错和晶体缺陷大为增加，产生点阵畸变，使其头杆结合处应力增加，强度降低。

（4）纤维组织的影响 螺栓冷镦成形后，由于头部在杆长方向上受到压缩，使其冷拔时的晶粒在拉长的方向发生改变，随着变形量的增加，晶粒伸长的程度也越显著。纤维组织的出现，将使钢的力学性能呈现各向异性，沿着流线的方向具有较高的力学性能，垂直于流线方向的性能则较低，特别是塑性和韧性表现得更为明显。由于纤维组织的影响，使其头杆结合强度降低。

2. 试验方法

试验所用设备为井式RJJ-24回火炉、拉力试验机，试验产品规格：M20×90螺栓，试验产品：第一组1～8号，第二组9～16号，第三组17～24号，第四组25～32号。试验材料为Q235AF钢，化学成分见表1。

3. 试验结果

具体试验数据见表2。

（1）试验方法与平均抗拉强度，如图1所示。

（2）试验方法与合格率，如图2所示。

图1 试验方法与平均抗拉强度

图2 试验方法与合格率

表1 材料化学成分（质量分数） （%）

4. 分析与讨论

（1）残余应力的影响 螺栓在冷镦过程中产生残余应力，当采用250℃×90min的低温去应力回火后。残余应力减少或消除，螺栓头杆结合强度提高，使其断裂部位移向螺纹处。

（2）回复的作用 当加热温度不太高时，冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持纤维组织，力学性能也变化不大，但残余应力显著降低，物理和化学性能也部分地恢复到变形前的情况。回复的作用对螺栓的头杆结合强度也有一定的贡献。

5. 结语

综上所述，对普通螺栓掉头问题进行了补救工艺试验及分析探讨，初步得到如下看法：

（1）Q235材质的普通螺栓产生掉头质量问题后，可以采用250℃×90min的低温回火热处理工艺方法来挽救产品，既可提高产品质量又可节约能源，在生产中取得了较好的经济效益。

（2）螺栓产品在低温回火过程中，强度略有提高，产生时效现象。

表2 试验数据