一種高強度螺栓及其加工方法與流程
2023-10-06 17:47:39
本發明屬於高強度連接件的加工工藝，具體涉及一種高強度螺栓及其加工方法。
背景技術：
緊固件在機械構件中起到聯接、定位和密封等作用，其中螺栓用量最大。隨著各類機械、設備、建築工程的不斷大型化，以及功率、轉速的不斷提高，螺栓類零件的工作條件更加惡劣，工作應力明顯提高，因此，要求螺栓鋼材具有更高的強度。例如超臨界、超超臨界發電機組所用的高壓給水泵是超臨界發電機組的關鍵設備，對水泵供水壓力的要求越來越高，使水泵密封與承壓作用的螺栓的強度要求也隨之提高；大型建築網架結構不僅跨度大，而且大多是公共建築，而高強度螺栓是用於空間鋼網架螺栓球節點上的重要零件，它直接傳遞交變荷載引起的交變內力，其質量的優劣直接涉及人民生命財產安全；原有的汽車、摩託車用螺栓，尤其是發動機螺栓已難以滿足發動機高應力化的要求，螺栓的高強度化能夠減小螺栓的尺寸，降低螺栓自身的質量，有利於減輕汽車質量、降低能源消耗；作為聯接、緊固部件，螺栓的高強度化還有利於汽車其他結構的小型化和緊湊化。
與發達國家相比，我國高強度螺栓鋼的研究和開發水平還較落後，目前使用於關鍵領域的重要高強度連接件，基本靠進口件。如何達到高標準的性能要求一直是高強度螺栓及其加工工藝的難題及熱點。
技術實現要素：
針對上述存在的不足，本發明提供了一種高強度螺栓及其加工方法，本發明所述的成分和方法所形成的高強度螺栓，螺栓強度等級可達14.9級，抗拉強度高，不易斷裂，耐疲勞和耐惡劣環境，綜合性能高。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
一種高強度螺栓，其特徵在於，螺栓的各化學成分的重量百分比應滿足下述要求：C:0.38～0.45%，Si:0.15～0.35%，Mn:0.80～1.20%，P:≤0.025%，S:≤0.025%，Cr:0.80～1.20%，Mo:0.15～0.25%，Cu:≤0.25%,Ni:≤0.30%,其餘為Fe和不可避免的雜質。
一種高強度螺栓的加工方法，具體包括如下步驟：
A、球化退火：將高強度螺栓鋼原料在爐內進行球化處理，球化退火溫度：760～850℃，保溫時間為2h，降溫至680～750℃，等溫1-2h退火，隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷；
B、冷鐓成型：將步驟A中原料經過除磷工藝，拉拔至螺栓所需的長度，在常溫下將切斷後的原料放入模具型腔內，冷擠壓形成螺栓所需的頭部和杆部；
C、精加工：將步驟B的螺栓初品經過滾壓成型機對螺栓進行的滾壓處理，形成螺紋；
D、熱處理：將步驟C製成的螺栓在淬火油爐內進行淬火，其溫度控制在850～870℃，升溫時間10min，保溫時間30min後，進行高溫回火，回火溫度為450～510℃，時間為60min，最後出爐後用油冷卻；
E、表面處理：將步驟D經過熱處理製成的螺栓浸於含有電鍍溶液中，電鍍鍍層厚度為8～10um。
優選的，步驟A中球化退火溫度：780～800℃，保溫時間為2h，降溫至700～730℃，等溫2h退火，隨爐冷卻至400℃出爐空冷。
優選的，在步驟B所述除磷工藝為：機械除鱗→水洗→酸洗→水洗。
優選的，在步驟D所述用油冷卻時間為10min，冷卻溫度為≤70℃。
優選的，在步驟E所述電鍍溶液為鋅鎳合金溶液。
綜上所述，本發明由於採用了上述方案，本發明具有以下優點：
(1) 本發明利用了鉬固溶於鋼中，消除回火脆性、細化晶粒，同時提高鋼的淬透性的含量，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，改善了螺栓的冷加工性能。
(2)本發明在高溫回火過程中降低了鋼的回火脆性，提高了螺栓的性能強度。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明一種高強度螺栓及其加工方法，作進一步說明。
表1：本發明實施例中高強度螺栓的原材料組分（按質量百分數）
表1
實施例1：
選擇化學成分和質量百分配比為表1中實施例1的組分。
其加工方法具體包括如下步驟：
A、球化退火：將高強度螺栓鋼原料在爐內進行球化處理，球化退火溫度：760℃，保溫時間為2小時，降溫至680℃，等溫1.5小時退火，隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷；
B、冷鐓成型：將步驟A中原料經過除磷工藝，除磷工藝為：機械除鱗→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的長度，在常溫下將切斷後的原料放入模具型腔內，冷擠壓形成螺栓所需的頭部和杆部；
C、精加工：將步驟B的螺栓初品經過滾壓成型機對螺栓進行的滾壓處理，形成螺紋；
D、熱處理：將步驟C製成的螺栓在鹽浴爐內進行淬火，其溫度控制在850℃，升溫時間10min，保溫時間30min後，進行高溫回火，回火溫度為450℃，時間為60min，最後出爐後用油冷卻，油冷時間為10min，冷卻溫度為60℃；
E、表面處理：將步驟D經過熱處理製成的螺栓浸於含有鋅鎳合金的電鍍溶液中，電鍍鍍層厚度為10um。
通過以上步驟製成成品螺栓。
實施例2：
選擇化學成分和質量百分配比為表1中實施例2的組分。
其加工方法具體包括如下步驟：
A、球化退火：將高強度螺栓鋼原料在爐內進行球化處理，球化退火溫度：780℃，保溫時間為2小時，降溫至700℃，等溫2小時退火，隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷；
B、冷鐓成型：將步驟A中原料經過除磷工藝，除磷工藝為：機械除鱗→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的長度，在常溫下將切斷後的原料放入模具型腔內，冷擠壓形成螺栓所需的頭部和杆部；
C、精加工：將步驟B的螺栓初品經過滾壓成型機對螺栓進行的滾壓處理，形成螺紋；
D、熱處理：將步驟C製成的螺栓在鹽浴爐內進行淬火，其溫度控制在860℃，升溫時間10min，保溫時間30min後，進行高溫回火，回火溫度為500℃，時間為60min，最後出爐後用油冷卻，油冷時間為10min，冷卻溫度為60℃；
E、表面處理：將步驟D經過熱處理製成的螺栓浸於含有鋅鎳合金的電鍍溶液中，電鍍鍍層厚度為10um。
通過以上步驟製成成品螺栓。
實施例3：
選擇化學成分和質量百分配比為表1中實施例3的組分。
其加工方法具體包括如下步驟：
A、球化退火：將高強度螺栓鋼原料在爐內進行球化處理，球化退火溫度：800℃，保溫時間為2小時，降溫至730℃，等溫2小時退火，隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷；
B、冷鐓成型：將步驟A中原料經過除磷工藝，除磷工藝為：機械除鱗→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的長度，在常溫下將切斷後的原料放入模具型腔內，冷擠壓形成螺栓所需的頭部和杆部；
C、精加工：將步驟B的螺栓初品經過滾壓成型機對螺栓進行的滾壓處理，形成螺紋；
D、熱處理：將步驟C製成的螺栓在鹽浴爐內進行淬火，其溫度控制在870℃，升溫時間10min，保溫時間30min後，進行高溫回火，回火溫度為510℃，時間為60min，最後出爐後用油冷卻，油冷時間為10min，冷卻溫度為60℃；
E、表面處理：將步驟D經過熱處理製成的螺栓浸於含有鋅鎳合金的電鍍溶液中，電鍍鍍層厚度為10um。
通過以上步驟製成成品螺栓。
實施例4：
選擇化學成分和質量百分配比為表1中實施例4的組分。
其加工方法具體包括如下步驟：
A、球化退火：將高強度螺栓鋼原料在爐內進行球化處理，球化退火溫度：850℃，保溫時間為2小時，降溫至750℃，等溫2小時退火，隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷；
B、冷鐓成型：將步驟A中原料經過除磷工藝，除磷工藝為：機械除鱗→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的長度，在常溫下將切斷後的原料放入模具型腔內，冷擠壓形成螺栓所需的頭部和杆部；
C、精加工：將步驟B的螺栓初品經過滾壓成型機對螺栓進行的滾壓處理，形成螺紋；
D、熱處理：將步驟C製成的螺栓在鹽浴爐內進行淬火，其溫度控制在870℃，升溫時間10min，保溫時間30min後，進行高溫回火，回火溫度為490℃，時間為60min，最後出爐後用油冷卻，油冷時間為10min，冷卻溫度為60℃；
E、表面處理：將步驟D經過熱處理製成的螺栓浸於含有鋅鎳合金的電鍍溶液中，電鍍鍍層厚度為10um。
通過以上步驟製成成品螺栓。
對實施例1-4製備的高強度螺栓的強度σb、硬度HRC、收縮率δ、伸長率ψ和韌性(衝擊吸收功Akv)進行檢測，檢測結果如表2所示。
表2：本發明高強度螺栓的性能
表2
從表2可以看出，本發明加工而成的高強度螺栓強度達到14.9級，而且硬度、塑性和韌性都較好。
以上所述僅為發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。