CN101934466A - 钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺 - Google Patents

钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺 Download PDF

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钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺。涉及一种高强度连接件的加工工艺。通过高频感应电流热锻以及冷挤压等工艺制成螺栓。本发明在专利申请号为200810020090.5的专利申请的基础上，其热锻采用了高频感应加热，其频率控制在2-5万赫兹，利用高频感应加热速度快、加热均匀等优点，能使工件表面获得心部到表面均匀的组织、性能，提高了工件的受热均匀性，能获得更好的晶相结构，得到更好性能的高强度螺栓。

Description

钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺
技术领域
本发明涉及一种高强度连接件的加工工艺，尤其涉及一种钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺。
背景技术
钢结构用高强度大六角头螺栓是机械行业中常用的紧固件，目前的加工方式一般采用车削方式加以成型，其强度往往难以保证，当抗拉强度超过一定值时，在缺口集中的地方如杆与头部的过渡处或螺纹根部容易造成延迟断裂和疲劳断裂，对工程质量造成严重影响，严重时会由于其连接强度的不够而导致安全事故的发生，故需要对传统的高强度螺栓的生产工艺加以研究和改进，以在确保其质量的前提下能高效的进行大批量生产，满足社会对钢结构用高强度大六角头螺栓的广泛需要，故专利申请号为200810020090.5的专利申请提供了一种钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺，其主要的发明点在于采用了少无切削工艺，采用冷挤压加工，以改善工件轴向表面或内部纤维组织，同时热处理中采用盐浴淬火和硝盐回火，降低了工件表面氧化脱碳层的程度，进一步确保了螺栓的质量，但在热锻冒头一步中，用热锻炉进行加热，存在加热速度慢、加热不均匀，造成了工件某些部位过热、有些地方加热不足的缺陷，容易造成工件发生夹皮、夹渣、夹裂、开裂等疵病，需要进一步的改善。
发明内容
本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种在专利申请号为200810020090.5的专利申请的基础上，能进一步的提高螺栓质量的钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺。
本发明的技术方案是：
本发明的具体加工步骤按以下进行：
(1)备料：选用35CrMo或20MnTiB为坯料，并按照螺栓的规格大小车下坯料。
(2)热锻冒头：在高频感应加热器内以900℃-1000℃的温度对螺栓冒头进行热锻，高频感应电流的频率为2-5万赫兹，后冷却。
(3)软化退火：在钟罩炉内进行等温球化退火，钟罩炉内放入大量的富碳物质，软化退火温度：当坯料为35CrMo时取850℃±10℃，当坯料为20MnTiB时取840℃±10℃，保温时间为6-8小时，保温后随炉冷却到250℃以下出炉，其硬度控制在HB100-120之间。
(4)坯料表面处理及润滑：对螺杆段进行磷化处理和涂MoS2的表面处理工艺，其工艺流程为：碱洗→水洗→酸洗→水洗→磷化→清洗→震荡机上涂MoS2。
(5)第一次冷挤压成型：在室温下对螺杆段进行挤压，选用150-200吨气位冲床。
(6)第二次挤压成型：在室温下对螺杆上螺纹段进行挤压，选用70-90吨气位冲床。
(7)第三次挤压成型，在室温下进行螺纹成型，选用Z-28滚丝机。
(8)淬火：在盐浴炉内对成型件进行淬火，其温度控制在860℃±10℃，升温时间10min-20min，保温时间15min-25min，淬火完成后，用油冷却，其冷却温度小于80℃。
(9)检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC不小于50为合格件。
(10)回火：在硝盐炉内对合格件进行回火，当材料为35CrMo时，其温度控制在530℃±10℃，当材料为20MnTiB时，其温度控制在430℃±10℃，升温时间为25min-35min，保温时间为50min-70min，回火完成后，用水在室温条件下进行冷却。
(11)二次检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC在33-39内为合格件。
(12)发兰：对上述合格件进行发兰处理，以确保其不生锈。
(13)入库。
本发明在专利申请号为200810020090.5的专利申请的基础上，其热锻采用了高频感应加热，其频率控制在2-5万赫兹，利用高频感应加热速度快、加热均匀等优点，能使工件表面获得心部到表面均匀的组织、性能，提高了工件的受热均匀性，能获得更好的晶相结构，得到更好性能的高强度螺栓。
本发明其它步骤的机理是：
热轧状态下的35CrMo或20MnTiB各部位的硬度不均匀，塑性差，变形抗力大，若不经软化退火处理而直接进行冷挤压加工，则成形困难、模具容易损坏、挤压件容易产生裂纹，因此在冷挤压成形前需对坯料进行软化退火处理。本发明采用球化退火使其具有较低的硬度和较好的塑性，为了进一步提高材料的机械性能，本发明也可采用正火工艺对材料软化。
为了减少材料的残余应力和提高材料的表面质量，在对材料冷挤压之前本发明要对材料进行润滑处理，主要是磷化处理，经研究进行磷化处理会显著降低材料的疲劳性能，也更利于对其进行冷挤压加工。
本发明进行三次冷挤压成型，充分提高了螺栓各段的强度其，螺栓质量好、精度高、其强度性能也好；冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料；冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高；据统计材料利用率大为提高，达到99.5％-99.7％，加工效率约为传统切削工艺的1.8倍，单位成本大为降低，因其属于少无切削加工工艺，使得螺栓的材料纤维方向在螺栓本体上体现了整体性，大大提高了其抗拉强度。
本发明的热处理采用调质处理，即淬火加上回火的处理，以得到具有良好综合性能的螺栓，本发明的淬火方法可采用高温淬火、高频循环快速加热淬火和亚共析钢的亚温淬火等现代淬火方式，使本发明的螺栓具有更好的力学综合性能。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明做进一步的阐述：
实施方式一：
本发明的螺栓规格在M27-M30时采用35CrMo、规格在M16-M24时采用20MnTiB为坯料，它的加工方式为：采用少无切削加工，其中包括三次冷挤压成型、一次热锻成型，即第一次冷挤压成型为螺杆成型、第二次冷挤压成型为螺杆上螺纹段成型、第三次冷挤压成型为螺纹成型，热锻成型为螺栓冒头成型。
本发明的具体加工步骤按以下进行：
(1)备料：选用35CrMo或20MnTiB为坯料，并按照螺栓的规格大小车下坯料。
(2)热锻冒头：在高频感应加热器内以900℃的温度对螺栓冒头进行热锻，高频感应电流的频率为2万赫兹，，后冷却。
(3)软化退火：在钟罩炉内进行等温球化退火，钟罩炉内放入大量的富碳物质，软化退火温度：当坯料为35CrMo时取850℃，当坯料为20MnTiB时取840℃，保温时间为6小时，保温后随炉冷却到250℃以下出炉，其硬度控制在HB100-120之间。
(4)坯料表面处理及润滑：对螺杆段进行磷化处理和涂MoS2的表面处理工艺，其工艺流程为：碱洗→水洗→酸洗→水洗→磷化→清洗→震荡机上涂MoS2。
(5)第一次冷挤压成型：在室温下对螺杆段进行挤压，选用150吨气位冲床。
(6)第二次挤压成型：在室温下对螺杆上螺纹段进行挤压，选用70吨气位冲床。
(7)第三次挤压成型，在室温下进行螺纹成型，Z-28滚丝机。
(8)淬火：在盐浴炉内对成型件进行淬火，其温度控制在860℃，升温时间10min，保温时间15min，淬火完成后，用油冷却，其冷却温度小于80℃。
(9)检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC不小于50为合格件。
(10)回火：在硝盐炉内对合格件进行回火，当材料为35CrMo时，其温度控制在530℃，当材料为20MnTiB时，其温度控制在430℃，升温时间为25min，保温时间为50min，回火完成后，用水在室温条件下进行冷却。
(11)二次检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC在33-39内为合格件。
(12)发兰：对上述合格件进行发兰处理，以确保其不生锈。
(13)入库。
具体实施方式二：
本发明的螺栓规格在M27-M30时采用35CrMo、规格在M16-M24时采用20MnTiB为坯料，它的加工方式为：采用少无切削加工，其中包括三次冷挤压成型、一次热锻成型，即第一次冷挤压成型为螺杆成型、第二次冷挤压成型为螺杆上螺纹段成型、第三次冷挤压成型为螺纹成型，热锻成型为螺栓冒头成型。
本发明的具体加工步骤按以下进行：
(1)备料：选用35CrMo或20MnTiB为坯料，并按照螺栓的规格大小车下坯料。
(2)热锻冒头：在高频感应加热器内以1000℃的温度对螺栓冒头进行热锻，高频感应电流的频率为5万赫兹，后冷却。
(3)软化退火：在钟罩炉内进行等温球化退火，钟罩炉内放入大量的富碳物质，软化退火温度：当坯料为35CrMo时取860℃，当坯料为20MnTiB时取850℃，保温时间为8小时，保温后随炉冷却到250℃以下出炉，其硬度控制在HB100-120之间。
(4)坯料表面处理及润滑：对螺杆段进行磷化处理和涂MoS2的表面处理工艺，其工艺流程为：碱洗→水洗→酸洗→水洗→磷化→清洗→震荡机上涂MoS2。
(5)第一次冷挤压成型：在室温下对螺杆段进行挤压，选用200吨气位冲床。
(6)第二次挤压成型：在室温下对螺杆上螺纹段进行挤压，选用90吨气位冲床。
(7)第三次挤压成型，在室温下进行螺纹成型，选用Z-28滚丝机。
(8)淬火：在盐浴炉内对成型件进行淬火，其温度控制在870℃，升温时间20min，保温时间25min，淬火完成后，用油冷却，其冷却温度小于80℃。
(9)检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC不小于50为合格件。
(10)回火：在硝盐炉内对合格件进行回火，当材料为35CrMo时，其温度控制在540℃，当材料为20MnTiB时，其温度控制在440℃，升温时间为35min，保温时间为70min，回火完成后，用水在室温条件下进行冷却。
(11)二次检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC在33-39内为合格件。
(12)发兰：对上述合格件进行发兰处理，以确保其不生锈。
(13)入库。
具体实施方式三：
本发明的螺栓规格在M27-M30时采用35CrMo、规格在M16-M24时采用20MnTiB为坯料，它的加工方式为：采用少无切削加工，其中包括三次冷挤压成型、一次热锻成型，即第一次冷挤压成型为螺杆成型、第二次冷挤压成型为螺杆上螺纹段成型、第三次冷挤压成型为螺纹成型，热锻成型为螺栓冒头成型。
本发明的具体加工步骤按以下进行：
(1)备料：选用35CrMo或20MnTiB为坯料，并按照螺栓的规格大小车下坯料。
(2)热锻冒头：在高频感应加热器内以950℃的温度对螺栓冒头进行热锻，高频感应电流的频率为4万赫兹，后冷却。
(3)软化退火：在钟罩炉内进行等温球化退火，钟罩炉内放入大量的富碳物质，软化退火温度：当坯料为35CrMo时取855℃，当坯料为20MnTiB时取845℃，保温时间为7小时，保温后随炉冷却到250℃以下出炉，其硬度控制在HB100-120之间。
(4)坯料表面处理及润滑：对螺杆段进行磷化处理和涂MoS2的表面处理工艺，其工艺流程为：碱洗→水洗→酸洗→水洗→磷化→清洗→震荡机上涂MoS2。
(5)第一次冷挤压成型：在室温下对螺杆段进行挤压，选用180吨气位冲床。
(6)第二次挤压成型：在室温下对螺杆上螺纹段进行挤压，选用80吨气位冲床。
(7)第三次挤压成型，在室温下进行螺纹成型，选用Z-28滚丝机。
(8)淬火：在盐浴炉内对成型件进行淬火，其温度控制在865℃，升温时间15min，保温时间20min，淬火完成后，用油冷却，其冷却温度小于80℃。
(9)检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC不小于50为合格件。
(10)回火：在硝盐炉内对合格件进行回火，当材料为35CrMo时，其温度控制在535℃，当材料为20MnTiB时，其温度控制在435℃，升温时间为30min，保温时间为60min，回火完成后，用水在室温条件下进行冷却。
(11)二次检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC在33-39内为合格件。
(12)发兰：对上述合格件进行发兰处理，以确保其不生锈。
(13)入库。

Claims (1)

1.钢结构用高强度大六角头螺栓的加工工艺，其特征在于，它的具体加工步骤按以下进行：
(1)备料：选用35CrMo或20MnTiB为坯料，并按照螺栓的规格大小车下坯料。
(2)热锻冒头：在高频感应加热器内以900℃-1000℃的温度对螺栓冒头进行热锻，高频感应电流的频率为2-5万赫兹，后冷却。
(3)软化退火：在钟罩炉内进行等温球化退火，钟罩炉内放入大量的富碳物质，软化退火温度：当坯料为35CrMo时取850℃±10℃，当坯料为20MnTiB时取840℃±10℃，保温时间为6-8小时，保温后随炉冷却到250℃以下出炉，其硬度控制在HB100-120之间。
(4)坯料表面处理及润滑：对螺杆段进行磷化处理和涂MoS2的表面处理工艺，其工艺流程为：碱洗→水洗→酸洗→水洗→磷化→清洗→震荡机上涂MoS2。
(5)第一次冷挤压成型：在室温下对螺杆段进行挤压，选用150-200吨气位冲床。
(6)第二次挤压成型：在室温下对螺杆上螺纹段进行挤压，选用70-90吨气位冲床。
(7)第三次挤压成型，在室温下进行螺纹成型，选用Z-28滚丝机。
(8)淬火：在盐浴炉内对成型件进行淬火，其温度控制在860℃±10℃，升温时间10min-20min，保温时间15min-25min，淬火完成后，用油冷却，其冷却温度小于80℃。
(9)检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC不小于50为合格件。
(10)回火：在硝盐炉内对合格件进行回火，当材料为35CrMo时，其温度控制在530℃±10℃，当材料为20MnTiB时，其温度控制在430℃±10℃，升温时间为25min-35min，保温时间为50min-70min，回火完成后，用水在室温条件下进行冷却。
(11)二次检验：用HR-150A洛式硬度计对其进行检验，以HRC在33-39内为合格件。
(12)发兰：对上述合格件进行发兰处理，以确保其不生锈。
(13)入库。
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