俞世勇（杭州彈簧墊圈有限公司，浙江　杭州　311232）

原材料酸洗對(duì)冷鐓產(chǎn)品表面質(zhì)量的影響

俞世勇
（杭州彈簧墊圈有限公司，浙江杭州311232）

摘要：本文介紹了用于生產(chǎn)高強(qiáng)度內(nèi)六角螺釘?shù)脑牧系乃嵯雌つどa(chǎn)工藝。通過對(duì)原材料進(jìn)行退火前預(yù)酸洗、在酸液中添加緩蝕劑、控制酸洗時(shí)間和酸液溫度及中和時(shí)間，成功生產(chǎn)出合格的冷鐓產(chǎn)品，表面質(zhì)量滿足日本汽車客戶的要求。

關(guān)鍵詞：原材料；酸洗；冷鐓；表面質(zhì)量

1　引言

國(guó)內(nèi)螺栓、螺釘?shù)染o固件生產(chǎn)廠，為了改善原材料的拉拔和冷鐓性能，一般均會(huì)在拉拔作業(yè)前，對(duì)原材料進(jìn)行酸洗磷化皮膜處理。但是，比較客觀地說(shuō)，絕大多數(shù)生產(chǎn)廠對(duì)酸洗工藝重視程度不夠，要么有所謂的工藝文件但很籠統(tǒng)，缺乏實(shí)際作業(yè)指導(dǎo)性，要么甚至連工藝文件都沒有，而僅僅由操作工憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行生產(chǎn)，反正只要后續(xù)拉拔和冷鐓作業(yè)能勉強(qiáng)進(jìn)行就萬(wàn)事大吉了。

作者所在單位，應(yīng)日本汽車客戶的要求生產(chǎn)12.9級(jí)M5×15OEM內(nèi)六角螺釘產(chǎn)品，以替代日本產(chǎn)品降低生產(chǎn)成本。但是在按日方的要求采用了同樣的日本產(chǎn)的SCM435原材料、類似的退火設(shè)備和退火工藝以及相同的冷鐓模具后，僅僅由于酸洗皮膜處理工藝流程與日本的不同，冷鐓后產(chǎn)品表面質(zhì)量與日方的差別很大，可謂是天壤之別。

為達(dá)到產(chǎn)品表面質(zhì)量與日方量產(chǎn)品一致，作者專門通過調(diào)整工藝、細(xì)化工藝參數(shù)等方式，進(jìn)行了多次的工藝對(duì)比試驗(yàn)，最終得以確定了最佳的酸洗皮膜工藝方案。

2試驗(yàn)材料、測(cè)量設(shè)備和試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)用原材料：為避免出現(xiàn)由于原材料不同而對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響，本次試驗(yàn)所用的原材料，與日本量產(chǎn)品所用的原材料一樣，均為日本大同特殊鋼株式會(huì)社生產(chǎn)的∮6.0mmSCM435。

2.2試驗(yàn)測(cè)量設(shè)備：用于檢測(cè)成型產(chǎn)品表面粗糙度的儀器為日本株式會(huì)社小坂研究所生產(chǎn)的2CR型表面粗糙度測(cè)量?jī)x。

表面粗糙度測(cè)量點(diǎn)：螺釘頭部的打標(biāo)記面和螺釘桿部。

2.3試驗(yàn)方法

2.3.1試作序號(hào)1為傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，流程如下：酸洗-水洗（浸洗）-水洗（浸洗）-水洗（浸洗加沖洗）-皮膜處理-自然干燥-潤(rùn)滑。

按該工藝流程處理后的原材料，經(jīng)過冷鐓加工后的產(chǎn)品表面質(zhì)量與日本量產(chǎn)品的外觀對(duì)比圖，如圖1所示，表面粗糙度測(cè)量數(shù)據(jù)，見表3。通過比對(duì)，表面質(zhì)量的差別一目了然。

圖1　部分試作樣品與日本量產(chǎn)品外觀對(duì)比相片

2.3.2試作序號(hào)2的工藝流程如下：酸洗-水洗（浸洗）-水洗（沖洗）-中和-皮膜處理-自然干燥-潤(rùn)滑。

通過對(duì)試作序號(hào)1所加工產(chǎn)品表面質(zhì)量的分析，原材料酸洗過程中出現(xiàn)過度腐蝕是根本的原因。由于原材料浸入鹽酸中后，首先是其表面的氧化皮與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，逐部剝落，達(dá)到除銹的目的，然后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，處在氧化皮下面的基體金屬也勢(shì)必會(huì)與酸發(fā)生反應(yīng)，極端情況下，隨著酸洗時(shí)間的加長(zhǎng)，原材料更易受到酸液對(duì)其產(chǎn)生過度腐蝕并產(chǎn)生的“氫脆”情況，而這個(gè)情況恰恰是我們不希望發(fā)生的。

為此我們選擇了適合鹽酸使用的六次甲基四胺（烏洛托品）酸洗緩蝕劑，它能在鹽酸溶解金屬氧化物的同時(shí)，保護(hù)、減少對(duì)鐵基體的溶解，既可防止金屬過腐蝕、降低酸耗、減輕酸霧污染，還能抑止金屬在酸洗過程中吸氫的能力，避免鋼鐵發(fā)生“氫脆”，使金屬在酸洗后保持原有材質(zhì)的機(jī)械性能不變。

考慮到在鹽酸中添加酸洗緩蝕劑后，勢(shì)必將減緩酸洗的速度，因此，特地將酸洗時(shí)間由原來(lái)去凈鋼絲表面氧化皮所需要的的30分鐘作適當(dāng)延長(zhǎng)，從最后試作的記錄數(shù)據(jù)，實(shí)際增加到50分鐘。同時(shí)，為改善常規(guī)工藝存在的酸洗后水洗不徹底，原材料上仍舊殘存酸液，影響后續(xù)皮膜處理的缺陷，特地增加了用1%NaOH（體積比）進(jìn)行中和處理的工序。

按該工藝流程處理后的原材料，經(jīng)過冷鐓加工后的產(chǎn)品表面質(zhì)量與日本量產(chǎn)品的外觀對(duì)比圖，如圖1所示，表面粗糙度測(cè)量數(shù)據(jù)，見表3。通過對(duì)試作序號(hào)2所加工產(chǎn)品表面質(zhì)量的分析，雖然在酸中加了緩蝕劑，并追加了中和處理，但通過與試作序號(hào)1所加工產(chǎn)品的比對(duì)，產(chǎn)品表面的腐蝕斑點(diǎn)較按常規(guī)處理流程的有了一定的改善，但不是很明顯。

2.3.3試作序號(hào)3、4、5的工藝流程，見表1、表2。

由于試作的原材料在酸洗前進(jìn)行了保護(hù)氣氛條件下的球化退火，而退火前的原材料是鋼廠交付狀態(tài)，因此表面肯定會(huì)殘存生產(chǎn)過程中所附著的油膜，而這層油膜在保護(hù)氣氛條件下的退火過程中，會(huì)燒結(jié)在原材料氧化皮的表面，直接影響酸液與氧化皮的反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致酸洗時(shí)間的延長(zhǎng)。因此，要進(jìn)一步縮短酸洗時(shí)間，最有效的方法就是消除油膜對(duì)酸洗的影響，使酸液第一時(shí)間與原材料的氧化皮接觸并反應(yīng)。

為此，我們首先提出了將酸洗分成二次的試作方案：先在原材料退火前進(jìn)行第一次預(yù)酸洗，再在退火后進(jìn)行第二次酸洗。預(yù)酸洗的目的，主要是清除掉原材料表面的油膜及明顯的氧化皮，以使原材料以比較潔凈的狀態(tài)進(jìn)行退火作業(yè)。第二次酸洗的目的，是徹底清除退火后原材料表面的氧化皮，為后續(xù)的皮膜處理作業(yè)做準(zhǔn)備。其次，為避免酸洗時(shí)間過長(zhǎng)、溫度過高，造成對(duì)原材料的氫脆傾向，避免產(chǎn)品的延遲斷裂情況的發(fā)生，因此，又專門對(duì)酸洗時(shí)間和酸液溫度按表2中不同的工藝條件進(jìn)行了試作。

（1）退火前材料的預(yù)酸洗工藝：酸洗→水洗（浸洗+沖洗）→中和。

（2）酸洗時(shí)間和酸洗溫度不同。

最終確定的退火后材料的皮膜處理流程：

第一次酸洗→水洗（浸洗+沖洗）→第二次酸洗→水洗（浸洗+沖洗）→中和→皮膜處理→自然干燥→潤(rùn)滑。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

確定以試作序號(hào)4的工藝條件為量產(chǎn)最佳工藝；以試作序號(hào)5的工藝條件為酸洗時(shí)間管理值最大值。

4生產(chǎn)應(yīng)用

通過試驗(yàn)后的檢測(cè)結(jié)果，采用原材料在退火前后分別進(jìn)行一次酸洗的生產(chǎn)工藝，后續(xù)再進(jìn)行皮膜處理后的材料，經(jīng)過冷鐓成型后，產(chǎn)品的表面質(zhì)量與日本量產(chǎn)品基本上一致，可以說(shuō)，工藝試驗(yàn)取得了成功。

表1　試作序號(hào)3、4、5的工藝流程

表2　試驗(yàn)工藝參數(shù)匯總表

表3　表面粗糙度測(cè)量數(shù)據(jù)

圖2　冷鐓成型產(chǎn)品表面粗糙度測(cè)量結(jié)果

結(jié)語(yǔ)

（1）影響冷鐓成型產(chǎn)品表面質(zhì)量的原因很多，比如模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具內(nèi)腔表面的粗糙度、冷鐓機(jī)所用的成型油以及酸洗皮膜處理的質(zhì)量等。其中，酸洗皮膜處理是關(guān)鍵，對(duì)成型產(chǎn)品表面質(zhì)量的影響最大。

（2）通過試驗(yàn)最終確定的酸洗皮膜處理工藝，經(jīng)過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，其后續(xù)冷鐓產(chǎn)品的表面質(zhì)量，完全與日本量產(chǎn)品一樣，符合OEM產(chǎn)品的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]賈東濤，孫建林，李軍．汽車用Qst32-3冷鐓鋼絲表面粗糙原因分析[J]．金屬制品，2013，39（01）：8-12．

中圖分類號(hào)：TG335

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A