一種高強度緊固件及其處理方法
2023-06-17 10:27:21 2
專利名稱：一種高強度緊固件及其處理方法
技術領域：
本發明涉及一種緊固件的處理方法，尤其涉及一種高強度緊固件及其處理方法。
背景技術：
緊固件的材料主要採用鋼材，根據用途不同主要有35CrMo、40Cr、42CrMo、SCM435、40CrMnMo等，但是現有的製作緊固件的鋼材由於其化學成分配伍不合理，導致 其力學性能不能滿足要求。現有技術為了改進材料力學性能的不足，採用改進其多種處理方法來提高材料的力學性能和表面性能。中國專利申請(公開號CN101037718A)涉及一種提高42CrMo力學性能的熱處理方法，採用以下步驟第一步，正火840 860°C彡5h，出爐空冷至室溫；第二步，回火600 620°C彡6h,出爐空冷至室溫；第三步，調質840 860°C彡5h,油冷60 70分鐘後空冷，淬火油添加8 %的複合劑，零件溫度空冷至200°C左右時回火，回火溫度460 4800C ^ 6h,出爐空冷至室溫。雖然該方法在一定程度上能提高42CrMo鋼的力學性能，但是由於42CrMo本身化學成分的限制，不僅力學性能特別是塑性和韌性無法達到高強度緊固件的要求，而且該方法也沒有經過表面處理。
發明內容
本發明針對現有技術所存在的缺陷，提供一種不僅強度、硬度較高；而且塑性和韌性都能達到要求的高強度緊固件。本發明的上述目的可以通過以下技術方案得以實施一種高強度緊固件，該緊固件是由改進後的高強度42CrMo鋼加工而成，所述的改進後的高強度42CrMo鋼由以下質量百分數的化學成分組成C 0. 38% -O. 48% ；Mn 0. 15% -O. 50% ；Cr 0. 8% -I. 2% ；Mo 0. 25% -I. 0% ；Si 0. 05% -0. 16% ；S < 0. 020% ；P < 0. 020% ；Ni < 0. 020% ；Cu < 0. 020%其餘為Fe。現有普通的42CrMo鋼的化學成分如表I所示表I
C I Si I Mn I S I P I Cr I Mo I Ni I Cu O. 38 ' O. 17 O. 50 < < O. 90 O. 15 義
彡O.030
O. 48 O. 37 0.80 0.035 0.035 1.20 0.25 0.030__本發明在普通的42CrMo鋼的基礎上降低了硫⑶、磷(P)，矽(Si)，錳(Mn)的含量，並增加了 Mo的含量，不僅在強度和硬度上能夠達到高強度螺栓鋼42CrMo的要求，而且由於化學成分的改變，其顯微組織也發生改變，奧氏體晶粒變細，塑性和韌性得到了很大的提高，使其滿足10. 9級緊固件的最低要求。降低硫含量可提高鋼的變形能力；降低磷含量會使鋼的變形抗力減小。因此，降低磷、硫含量不僅可以改善鋼的塑韌性和耐延遲斷裂性能，還可以改善鋼的加工性能。在上述的高強度緊固件中，作為優選，所述的改進後的高強度42CrMo鋼由以下質量百分數的化學成分組成C 0. 40% -O. 42% ；Mn 0. 18% -O. 22% ；Cr 0. 9% -I. 1% ；Mo 0. 6% -I. 0% ；Si 0. 06% _0. 10% ；S < 0. 010% ；P < 0. 010% ；Ni < 0. 010% ；Cu < 0. 010%其餘為Fe。本發明的另一個目的在於提供該高強度緊固件的處理方法，該方法除了採用普通的機械加工加工成緊固件半成品外還包括以下步驟(I)、熱處理將機械粗加工的緊固件半成品先正火處理，溫度為870-910°C，保溫時間為10-20小時，出爐空冷至室溫；然後回火處理，溫度為680-700°C，保溫時間為10-20小時；出爐空冷至室溫；再調質處理在920-960°C條件下用淬火油進行淬火處理，油冷80-120分鐘空冷，冷至200°C左右時回火，回火溫度600-650°C，保溫時間6_15小時；出爐
空冷至室溫；(2)、發黑處理將上述經過熱處理後的緊固件粗品經過除油、酸洗除鏽後在pH值為I. 5-3. 5的條件下常溫發黑處理10-20分鐘，常溫發黑處理處理後經過清洗，然後立即作脫水封閉處理後即得成品。現有普通的機械加工包括熱鍛、冷鍛、粗車、鑽孔、精車和螺紋加工(滾絲或搓絲、攻牙)等多種形式的加工方法，本領域普通技術人員可以根據需要選擇不同的機械加工方法。本發明步驟(I)中正火處理和調質處理兩種熱處理方法，其中經過正火處理和調質處理後，材料不變形、硬度高，硬化層深度深，力學性能的抗拉強度、屈服強度、延伸率、斷面收縮率都得到大幅度提高。其中調質處理是淬火加高溫回火的雙重熱處理，其目的是使緊固件具有良好的綜合機械性能。調質處理過程在高溫回火時，會出現二次硬化效應。隨著回火溫度的升高，鋼的強度、硬度降低，塑性、韌性升高。本發明的高強度緊固件鋼的Mo元素含量較高，提高了鋼的回火抗力；在5501以上溫度回火時析出合金碳化物而產生二次硬化，強度和硬度隨回火溫度的升高變化不大；但當回火溫度高於約650°C，強度和硬度急劇下降；在C原子的同溶強化作用逐漸消失和合金元素的彌散強化作用逐漸加強的共同作用下，隨著回火溫度的升高，塑性變化不大，而韌性不受彌散強化效應的影響，所以大幅度提高。而淬火溫度的提高，本發明的高強度緊固件鋼受晶粒粗化和二次硬化效應的綜合影響，其強度和硬度表現出先升後降的趨勢，強度由升到降的臨界奧氏體化溫度約為960°C，塑性和韌性逐漸下降，且韌性下降的速度較快。作為優選，步驟⑴中所述的正火溫度為880_900°C，時間為15_18小時。調質處理中淬火溫度為930-950°C，回火處理溫度為620-640°C，，回火時間為8_10小時。步驟(2)中發黑處理是在常溫條件下進行的，發黑處理可以使本發明緊固件表面獲得兼有防蝕與裝飾雙重功能的轉化膜。常溫發黑處理具有節約能源和時間、操作方便、成本較低、無環境汙染的優點。作為優選，常溫發黑處理時採用的發黑液由主成膜劑和添加劑組成，其中所述的添加劑由輔助成膜劑、pH值緩衝劑、發黑穩定劑、速度調整劑和表面潤溼劑中一種或多種組成；發黑處理的pH值為2. 0-3. O，發黑處理時間為12-15分鐘。其中主成膜劑有二氧化硒和硫酸銅組成，但是發黑液由單純的主成膜劑組成在緊固件表面生成的發黑膜疏鬆多孔，結合力較差，必須加入添加劑可以得到一種複合組成的發黑膜，提高了膜的緻密性和結合力。其中輔助成膜劑為磷酸二氫鐵、磷酸、磷酸-磷酸二氫鉀中的一種，PH值緩衝劑主要是一些弱酸如草酸、甲酸等。速度調整劑由檸檬酸、酒石酸鹽、對苯二酚、葡萄糖酸鹽、三乙醇胺一種或多種組成；發黑穩定劑由檸檬酸及其鹽、抗壞血酸等組成。表面潤溼劑有十二烷基硫酸鈉、OP-IO —種或兩種組成。如本發明的高強度緊固件可以採用下述組分的發黑劑在常溫下發黑五水硫酸銅4-8g/L ;二氧化硒4-8g/L ;輔助成膜劑磷酸-磷酸二氫鉀2-5g/L ;速度調整劑檸檬酸10-15g/L ；pH值緩衝劑草酸3-5g/L ;發黑穩定劑抗壞血酸10ml/L。高強度緊固件發黑膜膜層性能隨發黑液中pH值的變化而改變的情況。即當pH值較低對，出於成膜反應快，膜層疏鬆，當pH值較高時，由於成膜反應變慢，當發黑時間相同時，外觀變差，發黑膜較薄但緻密，結合力升高但耐蝕性下降。常溫發黑適宜的pH值範圍 為PH= 2 3。在發黑液pH值一定的條件下，常溫發黑膜膜層性能與發黑時間有關。時間太短，發黑膜薄，成膜反應不完全，耐蝕性差；時間過長，發黑膜太厚，附著物多，結合力差。經過上述處理後的緊固件可以為六角螺栓、緊固螺栓等系列產品。綜上所述，本發明具有以下優點I、本發明的高強度緊固件在42CrMo鋼的基礎上降低了硫⑶、磷⑵，娃(Si)，錳(Mn)的含量，並增加了 Mo的含量，不僅在強度和硬度上能夠達到要求，而且塑性和韌性得到了很大的提高，此外還可以改善緊固件鋼的加工性能。2、本發明的高強度緊固件加工方法採用較為優化的熱處理方法，經過正火和調質處理後，可以獲得強度、硬度、塑性和韌性都較好的高強度緊固件。3、本發明的高強度緊固件加工方法採用常溫發黑處理，發黑處理後的緊固件表面獲得兼有防蝕與裝飾雙重功能的轉化膜，使用壽命長。
具體實施例方式以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。表2 :本發明高強度緊固件鋼的化學成分(按質量百分數％ )
權利要求
1.一種高強度緊固件，該緊固件是由改進後的高強度42CrMo鋼加工而成，所述的改進後的高強度42CrMo鋼由以下質量百分數的化學成分組成C 0. 38% -O. 48% ；Mn 0. 15% -O. 50% ；Cr 0. 8% -I. 2% ；Mo 0. 25% -L 0% ；Si 0. 05% -0. 16% ；S < 0. 020% ；P < 0. 020% ；Ni < 0. 020% ；Cu < 0. 020% 其餘為Fe。
2.根據權利要求I所述的高強度緊固件，其特徵在於所述的改進後的高強度42CrMo鋼由以下質量百分數的化學成分組成C 0. 40% -O. 42% ；Mn 0. 18% -O. 22% ；Cr 0. 9% -I. 1% ；Mo 0. 6% -L 0% ；Si 0. 06% -0. 10% ；S < 0. 010% ；P < 0. 010% ；Ni < 0. 010% ；Cu < 0. 010% 其餘為Fe。
3.一種高強度緊固件的處理方法，該方法除了採用普通的機械加工加工成緊固件半成品外還包括以下步驟 (1)、熱處理將機械粗加工的緊固件半成品先正火處理，溫度為870-910°C，時間為10-20小時，出爐空冷至室溫；然後回火處理，溫度為680-700°C，時間為10-20小時；出爐空冷至室溫；再調質處理在920-960°C條件下用淬火油進行淬火處理，油冷80-120分鐘空冷，冷至200°C左右時回火，回火溫度600-650°C，回火時間6_15小時；出爐空冷至室溫； (2)、發黑處理將上述經過熱處理後的緊固件粗品經過除油、酸洗除鏽後在pH值為I.5-3. 5的條件下常溫發黑處理10-20分鐘，常溫發黑處理處理後經過清洗，然後立即作脫水封閉處理後即得成品。
4.根據權利要求3所述的高強度緊固件的處理方法，其特徵在於步驟(I)中所述的正火溫度為880-900°C，時間為15-18小時。
5.根據權利要求3或4所述的高強度緊固件的處理方法，其特徵在於步驟(I)調質處理中淬火溫度為930-950°C，回火處理溫度為620-640°C，，回火時間為8_10小時。
6.根據權利要求3所述的高強度緊固件的處理方法，其特徵在於步驟(2)中常溫發黑處理時採用的發黑液由主成膜劑和添加劑組成，其中所述的添加劑由輔助成膜劑、PH值緩衝劑、發黑穩定劑、速度調整劑和表面潤溼劑中一種或多種組成。
7.根據權利要求3或6所述的高強度緊固件的處理方法，其特徵在於發黑處理的pH值為2. 0-3. 0，發黑處理時間為12-15分鐘。
全文摘要
本發明提供了一種高強度緊固件及其處理方法。它解決了現有的緊固件強度及硬度不高的問題。本高強度緊固件，該緊固件是由改進後的高強度42CrMo鋼加工而成，所述的改進後的高強度42CrMo鋼由以下質量百分數的化學成分組成C0.38％-0.48％；Mn0.15％-0.50％；Cr0.8％-1.2％；Mo0.25％-1.0％；Si0.05％-0.16％；S＜0.020％；P＜0.020％；Ni＜0.020％；Cu＜0.020％，其餘為Fe。本高強度緊固件具有強度、硬度高的優點。
文檔編號C23F17/00GK102943207SQ20121046809
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者謝亞平 申請人:謝亞平