锁钉套开裂原因分析及解决方案

贺慧清+陈双远

摘 要：锁钉套是螺旋锁基础组件之一，它是以涨铆的形式固定于安装板上的。但成品锁钉套在装配过程中却出现不同程度的开裂。造成锁钉套成品的报废，甚至使成品安装板的质量降低。本文通过对锁钉套加工工艺的分析，找到了锁钉套开裂的成因，并给出了相应的解决方案。

关键词：锁钉套；涨铆；开裂；解决方案

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

1 锁钉套结构分析及装配过程

1.1 锁钉套结构分析

锁钉套零件图（图1），设计图纸要求零件材料为10#钢棒料。壁厚0.5mm，是典型的薄壁类零件。对于这种零件采用的工艺方法是：用10#钢棒料一次装夹完成锁钉套的车削成型后，进行热处理（去应力退火）、镀涂而成。

1.2 锁钉套装配过程

锁钉套是以涨铆的装配方式固定于安装板上的（图2）。然后再将弹簧、快卸螺钉装配于锁钉套中收口而成。装配完成后的成品螺旋锁（图3）。

1.3 锁钉套装配过程中存在的问题

在对锁钉套的涨铆过程中，批次性出现了锁钉套涨铆部分度开裂的问题（图3），图示涨铆圈上出现了不规则裂纹，致使锁钉套一次性装配合格率只能达到70 %左右。这样，不仅使成品锁钉套报废，而且由于反复拆除开裂的锁钉套，造成安装接孔变形，使成品安装板质量降低。

2 锁钉套开裂问题定位分析

一般情况下，锁钉套在涨铆过程中发生开裂问题主要有两方面的原因：一是涨铆方法的原因；另外就是锁钉套自身的原因，即锁钉套本身硬度过、高过脆，不能满足涨铆要求。通过对操作者涨铆方法的确认，可排除涨铆方法这一因素。因此，初步判断开裂原因在于锁钉套本身。对在线开裂锁钉套的维氏硬度进行了检测。试验在室温20℃下进行，其维氏硬度在HV482～HV499之间。

通过维氏硬度与洛氏硬度对比，发现开裂锁钉套的洛氏硬度均在HRC47.7～HRC49.1之间。开裂的锁钉套硬度远远高于10#钢的硬度。一般情况下，零件硬度达到HRC40以上时，强度和耐磨性增强的同时，零件本身變脆，塑性和延展性显著下降。

3 原因分析

3.1 查找原因

下面从锁钉套的材料和加工过程两方面，查找锁钉套变脆，塑性下降，造成涨铆开裂的原因。

（1）材料方面：10#钢为优质炭素结构钢，屈服点和抗拉强度比值较低，塑性和韧性较高，排除设计选材的问题。

（2）加工过程：锁钉套加工的工艺方法，主要经过三个步骤，车削成型—去应力退火—表面处理（酸洗后镀锌氧化发黑Fe/EP·Zn15）而成。车削成型，仅有内应力的产生和重新分布。可通过去应力退火消除和平衡。一般不会影响零件的性能。对车削成型和去应力退火工序后的锁钉套的维氏硬度进行检测，试验仍在室温20℃下进行，其维氏硬度均在HV182～HV185之间。

同时，随机抽取10件锁钉套中进行试铆，结果显示：10件试铆的锁钉套面没有开裂现象。

结论：表面处理工序是造成锁钉套变硬变脆，塑性和延展性显著下降的主要原因。

3.2 原因分析

在电镀过程，由于镀液中水分子的离解，总会或多或少地存在一定数量的氢离子，即零件在电镀过程中，阴极在析出金属（主反应）的同时，也伴有氢气的析出（副反应）。析出的氢会渗入镀层，甚至渗入基体金属内。氢在金属内部使金属晶格扭曲，产生很大的应力，致使零件变硬变脆，塑性和延展性显著下降。氢脆现象主要发生在碳钢和低合金钢中。在碳钢和低合金钢的电镀过程中，析氢、渗氢是不可避免的。氢脆现象最显著的特点，就是表现为应力作用下的延迟断裂现象。它是电镀过程中最严重的质量隐患之一。

因此，经过表面处理，即酸洗后镀锌氧化发黑（Fe/EP·Zn15）后的锁钉套变硬变脆，塑性和延展性显著下降，主要是氢脆现象所致。

4 解决措施

4.1 减少酸洗过程中的渗氢数量

锁钉套的表面处理包括酸洗和镀锌两个工步，在酸洗和镀锌过程中锁钉套都是浸在相应的溶液中发生反应，不可避免地有氢渗入锁钉套的基材内部和镀层中。在镀锌前酸洗是为了消除锁钉套去应力退火时表面产生的氧化皮。优化酸洗溶液的配比，控制锁钉套在溶液中的浸泡时间。最终确认的酸液工艺规范：硫酸浓度20%左右，盐酸浓度48%左右，时间控制在10分钟以内。可确保锁钉套表面氧化皮清除干净。同时在酸洗液中添加一定数量的若丁等缓蚀剂，以减少氢的渗透。

4.2 镀后去氢处理

一般认为，钢件镀锌较其它镀层，氢更易渗入基材内部和镀层中并残留下来。可见，采用10#钢加工的锁钉套镀锌后的氢脆现象，通过去氢处理可有效消除。

新的国际标准规定镀锌去氢“最好在镀后1h内，但不迟于3h，进行去氢处理”。去氢处理常在烘箱内进行。温度控制的高低应根椐基体材料而定。通过试验，确定锁钉套在镀锌完成后1h内进行去氢处理。去氢处理的温度为200±10℃，保温时间2.5h。

5 效果确认

按上述工艺方法确定的去氢处理，对完成镀锌处理的100件锁钉套进行去氢处理。去氢处理后随即抽查了10件进行涨铆，结果显示锁钉套无一开裂。我们随机抽样测试了锁钉套的维氏硬度，试验继续在室温20℃下进行，其维氏硬度均在HV181～HV183之间。可以看出锁钉套维氏硬度基本上恢复到车削后去应力后的维氏硬度。去氢措施取得了非常好的效果。

6 结束语

通过本次锁钉套开裂原因分析，使我们充分认识到钢件镀锌过程的氢化现象对零件性能的影响，对钢件镀锌后进行去氢处理的必要性有了深刻的认识。从根本上解决了锁钉套涨铆装时的开裂问题。endprint