哈工大热处理原理与工艺大作业-铆钉热处理

成员：吴懿娟、杨珂鸿、谢一鸣、王梦得、李欣远、张博

铆钉热处理主要内容主要内容铆钉的概述铆钉的常用材料铆钉的加工工序与热处理工艺质量检查事项和方法热处理缺陷及解决方法铆钉的概述1.1铆钉的定义铆钉是一种金属制一端有帽的杆状零件，穿入被联接的构件后，在杆的外端打、压出另一头，将构件压紧、固定。在铆接中，利用自身形变或过盈连接被铆接件。这种紧固件广泛应用于汽车、机电产品、建筑装修及家用电器。铆钉的概述

1.2铆钉的种类铆钉种类很多，而且不拘形式。常用的有半圆头、平头、半空心铆钉、沉头铆钉、抽芯铆钉、空心铆钉，这些通常是利用自身形变连接被铆接件。

铆钉的概述1.3铆钉的用途铆钉种类

用途半圆头铆钉随较大横向载荷的铆接场合，应用最广，如金属结构的桥梁、桁架等平锥头铆钉船壳、锅炉水箱等腐蚀强烈的铆接场合沉头铆钉、半沉头铆钉表面须平滑，随载荷不大的铆接场合扁平头、扁圆头铆钉金属薄板或皮革、帆布、木料等非金属材料的铆接场合抽芯铆钉汽车车身覆盖件、支架等连接处空心铆钉重量轻，钉头弱，用于受力不大的非金属材料管状铆钉用于非金属材料不受力处铆钉的概述铆钉种类性能特点及服役环境沉头型抽芯铆钉铆接后表面平滑美观双鼓型抽芯铆钉降低作用在结构件表面上的压力大帽沿抽芯铆钉具有更大的接触面积，具有更强的支撑面从而可增强扭矩强度，能承受更高的径向拉力封闭型抽芯铆钉防水，高剪力，防振动，抗高压全铝抽芯铆钉美观耐用，永不生锈开口型不锈钢抽芯铆钉高拉力，耐腐蚀1.4服役条件铆钉的概述1.5失效形式失效模式：断口宏、微观观察结果表明，所有铆钉断裂特征基本相同，疲劳区面积较大、瞬断区面积较小，与机械外力打断后的断口区别明显。综合判断失效铆钉的断裂模式为疲劳断裂。失效原因：失效铆钉断口观察表明，断裂起源区未见明显的夹杂等冶金缺陷，金相组织未见异常，热镦钉头的材料强度弱于冷镦钉头，但断裂失效却出现在冷墩端，因此铆钉铆接的断裂失效应与材质无关。铆钉断口均包含一大一小两个明显的疲劳断裂区。正常情况下，铆钉一般受剪切应力作用，不应发生疲劳断裂。从断裂均出现在冷镦钉头位置、且存在周向摩擦痕迹、铆钉杆断裂位置处也存在明显的磨损痕迹等来看，铆钉钉头脱落应为微动磨损导致的疲劳断裂。铆钉的概述1.5失效形式其它失效形式：腐蚀作用、冲刷磨损等导致的铆钉头部磨平失效；热冲击导致失效1.6性能要求良好的塑性和韧性，一定的抗拉强度、抗剪强度，耐腐蚀，抗疲劳破坏常用材料2常用材料

铆钉

铜及其合金不锈钢碳钢铝及其合金加工工序及热处理工艺3.1铆钉的加工工序冷墩加工：通过冲头的冲击，使金属线材在模具内发生塑性变形以达到预期的形状和尺寸工序：线材剪切

冷墩

出钉高速车加工：通过特殊的车刀形状以及调整车刀位置和加工顺序，去除线材上多余的材料，以达到预期的形状和尺寸工序：线材

切削

切断

出钉加工工序及热处理工艺3.2铆钉的热处理工艺

↓硬铝合金淬火↓时效↓表面处理不同材料的热处理过程碳钢球化退火↓再结晶退火表面处理加工工序及热处理工艺3.2.1硬铝合金铆钉的热处理工艺

↓铆钉常用的硬铝合金牌号2A012A042B112B122A112A12

硬铝合金铆钉在淬火态下有很高塑性，铆接必须在保留淬火态高塑性时间内进行，硬铝合金铆钉淬火后易时效硬化，硬度、强度升高，塑性急剧降低，加上铆钉铆接时头部塑性变形镦粗产生冷作硬化，易导致铆钉铆裂，降低铝合金结构件质量和寿命，甚至使用时发生事故。因此应避免时效硬化后铆接。时效硬化时间长短决定于铆钉材料。加工工序及热处理工艺铝合金淬火时效现象加工工序及热处理工艺2A01（LY1）特点：α固溶体过饱和程度较低，不溶性第二相少。虽是低合金、低强度硬铝，但淬火态塑性很高，在热态或冷态下塑性尚好，有良好工艺性能和切削加工性能，点焊接性能良好,但氩弧焊接有晶间裂纹倾向，耐腐蚀性能不高。铆钉铆接在淬火和自然时效后进行,铆接过程不受热处理时间限制。适用条件：用于中等强度和工作温度≤100℃结构件。热处理：淬火加热至495一505℃，保温后水冷，室温自然时效96h。铆接过程虽不受热处理后时间限制，但最好在淬火态进行。3.2.1硬铝合金铆钉的热处理工艺

加工工序及热处理工艺3.2.1硬铝合金铆钉的热处理工艺

2A04适用条件：用于中等强度和150一250℃较高温度下服役的结构件铆钉（进行表面阳极化处理）热处理：淬火加热温度500一510℃，保温后出炉空冷淬火，室温自然时效120h。铆钉在淬火态下2-6h内铆入结构件。2B11适用条件：用作中等强度铆钉热处理：淬火加热温度495一505℃，保温后水冷，室温自然时效96h。铆钉在淬火后2h内铆人结构件。加工工序及热处理工艺3.2.1硬铝合金铆钉的热处理工艺

2B12适用条件：适用于制造较高强度、工作温度不高于100℃的铆钉，大于100℃服役易产生晶间腐蚀倾向。热处理：淬火加热温度510一520℃,保温后水冷，既可进行70一80℃保温24h空冷人工时效，也可在室温自然时效240h。淬火态下铆接较理想。2A11适用条件：适宜工作温度≤100℃的中等强度铆接。热处理：淬火加热温度495一510℃，保温后水淬，既可进行155一165℃保温6一10h空冷人工时效，也可在室温停留96h自然时效。铆钉在淬火后2h内铆人结构件。2A12适用条件：适宜制造较高强度和较高负荷及服役温度≤150℃的铆钉。热处理：淬火加热温度495一505℃，保温后水淬。既可在185一195℃保温6一12h空冷人工时效，也可在室温停留96h自然时效。铆钉应在1.5h内铆入结构件。加工工序及热处理工艺↓3.2.1硬铝合金铆钉的热处理工艺

注意事项：铝合金淬火加热温度与熔化温度相差不多,必须精密控温避免过热、过烧和熔化。选用精度高测温仪表,控温精度为±1℃。加热设备为硝盐炉或密封空气循环电炉,保温时间与有效直径关系见下表。淬火冷却介质为20-30℃的循环清洁流动水,冷却水槽应有足够容量,以确保水温。加工工序及热处理工艺3.2.2碳素钢的热处理工艺钢铆钉常用的钢牌号Q215、Q235、10#、15#、20#、ML10、ML20钢铆钉常用的钢牌号Q215、Q235、10#、15#、20#、ML10、ML20Q215Q23510#15#20#ML10ML20钢铆钉常用的钢牌号加工工序及热处理工艺3.2.2碳素钢的热处理工艺ML10冷镦钢（铆螺钢）1、ML10成分C：0.07~0.14%Si：小于0.03%Mn：0.2～0.5%

其余为S、P、Cr、Ni、Cu2、ML10力学性能特点

↓抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）断面收缩率（%）伸长率（%）热轧状态硬度（HB）≥333≥206≥55≥31≤55加工工序及热处理工艺3.2.2碳素钢的热处理工艺原材料

剪切冷镦出钉球化退火再结晶退火铆接加工工序及热处理工艺3.2.2碳素钢的热处理工艺

铆钉的球化退火低温球化退火等温球化退火

将钢材加热到Ac1以下20℃左右较长时间保温（一般在4—8h）以获得球状珠光体的热处理，此工艺适用于经冷变形加工、冷冲压加工件

将低、中碳合金钢加热到Ac1+（20-30℃），保温适当时间，然后冷却到略低于Ar1以下的温度，等温保持一段时间（使等温转变进行完毕），然后炉冷或空冷的球化退火工艺（可获得较好的球化质量）如：10、15、20#钢720℃×3h退火后，布氏硬度150—180HBW降至120HBW（75HRB）如：ML40Cr760—780℃加热保温4h降温至670—680℃等温6h，布氏硬度降至155HBW（85HRB）以下加工工序及热处理工艺3.2.2碳素钢的热处理工艺

铆钉的再结晶退火由于冷镦导致冷作硬化，将不利于铆接，必须进行再结晶退火，将铆钉加热至再结晶温度以上，保持适当时间，使变形晶粒转变为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力，提高塑形。铆钉再结晶温度450-650℃如：Q215和Q235两种材料再结晶退火温度应在450℃左右加工工序及热处理工艺3.2.2碳素钢的热处理工艺ML10球化退火再结晶退火加工工序及热处理工艺3.2.3制作铆钉其他材料不锈钢：制作铆钉的为奥氏体不锈钢，常用的材料为0Cr18Ni9和1Cr18Ni9，其强度较低，但具有较高的塑性和耐腐蚀性，且易于加工黄铜（H62）：为两相黄铜，室温组织为α+β相，α相塑性好，β相硬而脆，在热态下塑性好，冷态下塑性也不错，可切削加工性能好。热处理过程为再结晶退火和去应力退火↓质量检查事项和方法

热处理缺陷及解决方法

（1）、钢铆钉球化退火中出现片状珠光体：球化退火温度过高或保温时间过