CN102943207B - 一种高强度紧固件及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强度紧固件及其处理方法。它解决了现有的紧固件强度及硬度不高的问题。本高强度紧固件，该紧固件是由改进后的高强度42CrMo钢加工而成，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.38％-0.48％；Mn：0.15％-0.50％；Cr：0.8％-1.2％；Mo：0.25％-1.0％；Si：0.05％-0.16％；S＜0.020％；P＜0.020％；Ni＜0.020％；Cu＜0.020％，其余为Fe。本高强度紧固件具有强度、硬度高的优点。

Description

一种高强度紧固件及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种紧固件的处理方法，尤其涉及一种高强度紧固件及其处理方法。

背景技术

紧固件的材料主要采用钢材，根据用途不同主要有35CrMo、40Cr、42CrMo、SCM435、40CrMnMo等，但是现有的制作紧固件的钢材由于其化学成分配伍不合理，导致其力学性能不能满足要求。现有技术为了改进材料力学性能的不足，采用改进其多种处理方法来提高材料的力学性能和表面性能。

中国专利申请(公开号：CN101037718A)涉及一种提高42CrMo力学性能的热处理方法，采用以下步骤：第一步，正火：840～860℃≥5h，出炉空冷至室温；第二步，回火：600～620℃≥6h，出炉空冷至室温；第三步，调质：840～860℃≥5h，油冷60～70分钟后空冷，淬火油添加8％的复合剂，零件温度空冷至200℃左右时回火，回火温度460～480℃≥6h，出炉空冷至室温。虽然该方法在一定程度上能提高42CrMo钢的力学性能，但是由于42CrMo本身化学成分的限制，不仅力学性能特别是塑性和韧性无法达到高强度紧固件的要求，而且该方法也没有经过表面处理。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种不仅强度、硬度较高；而且塑性和韧性都能达到要求的高强度紧固件。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施：一种高强度紧固件，该紧固件是由改进后的高强度42CrMo钢加工而成，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成：

C：0.38％-0.48％；Mn：0.15％-0.50％；Cr：0.8％-1.2％；

Mo：0.25％-1.0％；Si：0.05％-0.16％；S＜0.020％；

P＜0.020％；Ni＜0.020％；Cu＜0.020％

其余为Fe。

现有普通的42CrMo钢的化学成分如表1所示：

表1

本发明在普通的42CrMo钢的基础上降低了硫(S)、磷(P)，硅(Si)，锰(Mn)的含量，并增加了Mo的含量，不仅在强度和硬度上能够达到高强度螺栓钢42CrMo的要求，而且由于化学成分的改变，其显微组织也发生改变，奥氏体晶粒变细，塑性和韧性得到了很大的提高，使其满足10.9级紧固件的最低要求。降低硫含量可提高钢的变形能力；降低磷含量会使钢的变形抗力减小。因此，降低磷、硫含量不仅可以改善钢的塑韧性和耐延迟断裂性能，还可以改善钢的加工性能。

在上述的高强度紧固件中，作为优选，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成：

C：0.40％-0.42％；Mn：0.18％-0.22％；Cr：0.9％-1.1％；

Mo：0.6％-1.0％；Si：0.06％-0.10％；S＜0.010％；

P＜0.010％；Ni＜0.010％；Cu＜0.010％

其余为Fe。

本发明的另一个目的在于提供该高强度紧固件的处理方法，该方法除了采用普通的机械加工加工成紧固件半成品外还包括以下步骤：

(1)、热处理：将机械粗加工的紧固件半成品先正火处理，温度为870-910℃，保温时间为10-20小时，出炉空冷至室温；然后回火处理，温度为680-700℃，保温时间为10-20小时；出炉空冷至室温；再调质处理：在920-960℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷80-120分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度600-650℃，保温时间6-15小时；出炉空冷至室温；

(2)、发黑处理：将上述经过热处理后的紧固件粗品经过除油、酸洗除锈后在pH值为1.5-3.5的条件下常温发黑处理10-20分钟，常温发黑处理处理后经过清洗，然后立即作脱水封闭处理后即得成品。

现有普通的机械加工包括热锻、冷锻、粗车、钻孔、精车和螺纹加工(滚丝或搓丝、攻牙)等多种形式的加工方法，本领域普通技术人员可以根据需要选择不同的机械加工方法。

本发明步骤(1)中正火处理和调质处理两种热处理方法，其中经过正火处理和调质处理后，材料不变形、硬度高，硬化层深度深，力学性能的抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率都得到大幅度提高。其中调质处理是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使紧固件具有良好的综合机械性能。调质处理过程在高温回火时，会出现二次硬化效应。随着回火温度的升高，钢的强度、硬度降低，塑性、韧性升高。本发明的高强度紧固件钢的Mo元素含量较高，提高了钢的回火抗力；在550℃以上温度回火时析出合金碳化物而产生二次硬化，强度和硬度随回火温度的升高变化不大；但当回火温度高于约650℃，强度和硬度急剧下降；在C原子的同溶强化作用逐渐消失和合金元素的弥散强化作用逐渐加强的共同作用下，随着回火温度的升高，塑性变化不大，而韧性不受弥散强化效应的影响，所以大幅度提高。而淬火温度的提高，本发明的高强度紧固件钢受晶粒粗化和二次硬化效应的综合影响，其强度和硬度表现出先升后降的趋势，强度由升到降的临界奥氏体化温度约为960℃，塑性和韧性逐渐下降，且韧性下降的速度较快。

作为优选，步骤(1)中所述的正火温度为880-900℃，时间为15-18小时。调质处理中淬火温度为930-950℃，回火处理温度为620-640℃，，回火时间为8-10小时。

步骤(2)中发黑处理是在常温条件下进行的，发黑处理可以使本发明紧固件表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜。常温发黑处理具有节约能源和时间、操作方便、成本较低、无环境污染的优点。

作为优选，常温发黑处理时采用的发黑液由主成膜剂和添加剂组成，其中所述的添加剂由辅助成膜剂、pH值缓冲剂、发黑稳定剂、速度调整剂和表面润湿剂中一种或多种组成；发黑处理的pH值为2.0-3.0，发黑处理时间为12-15分钟。其中主成膜剂有二氧化硒和硫酸铜组成，但是发黑液由单纯的主成膜剂组成在紧固件表面生成的发黑膜疏松多孔，结合力较差，必须加入添加剂可以得到一种复合组成的发黑膜，提高了膜的致密性和结合力。其中辅助成膜剂为磷酸二氢铁、磷酸、磷酸-磷酸二氢钾中的一种，pH值缓冲剂主要是一些弱酸如草酸、甲酸等。速度调整剂由柠檬酸、酒石酸盐、对苯二酚、葡萄糖酸盐、三乙醇胺一种或多种组成；发黑稳定剂由柠檬酸及其盐、抗坏血酸等组成。表面润湿剂有十二烷基硫酸钠、OP-10一种或两种组成。

如本发明的高强度紧固件可以采用下述组分的发黑剂在常温下发黑：五水硫酸铜：4-8g/L；二氧化硒：4-8g/L；辅助成膜剂磷酸-磷酸二氢钾2-5g/L；速度调整剂柠檬酸10-15g/L；pH值缓冲剂草酸：3-5g/L；发黑稳定剂抗坏血酸10ml/L。

高强度紧固件发黑膜膜层性能随发黑液中pH值的变化而改变的情况。即当pH值较低对，出于成膜反应快，膜层疏松，当pH值较高时，由于成膜反应变慢，当发黑时间相同时，外观变差，发黑膜较薄但致密，结合力升高但耐蚀性下降。常温发黑适宜的pH值范围为：pH＝2～3。在发黑液pH值一定的条件下，常温发黑膜膜层性能与发黑时间有关。时间太短，发黑膜薄，成膜反应不完全，耐蚀性差；时间过长，发黑膜太厚，附着物多，结合力差。

经过上述处理后的紧固件可以为六角螺栓、紧固螺栓等系列产品。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的高强度紧固件在42CrMo钢的基础上降低了硫(S)、磷(P)，硅(Si)，锰(Mn)的含量，并增加了Mo的含量，不仅在强度和硬度上能够达到要求，而且塑性和韧性得到了很大的提高，此外还可以改善紧固件钢的加工性能。

2、本发明的高强度紧固件加工方法采用较为优化的热处理方法，经过正火和调质处理后，可以获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的高强度紧固件。

3、本发明的高强度紧固件加工方法采用常温发黑处理，发黑处理后的紧固件表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜，使用寿命长。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

表2：本发明高强度紧固件钢的化学成分(按质量百分数％)

实施例1：制备销钉

选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例1的高强度紧固件钢按照销钉的结构和形状采用普通的机械加工加工成销钉半成品，然后将机械粗加工的销钉半成品先正火处理，温度为880℃，保温时间为18小时，出炉空冷至室温；然后回火处理，温度为680℃，保温时间为20小时；出炉空冷至室温；再调质处理：在920℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷80分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度620℃，保温时间15小时；出炉空冷至室温。然后经过除油、酸洗除锈后在pH值为2.5的条件下常温发黑处理15分钟，发黑液的组成如下：

五水硫酸铜：4-8g/L；二氧化硒：4-8g/L；辅助成膜剂磷酸-磷酸二氢钾2-5g/L；速度调整剂柠檬酸10-15g/L；pH值缓冲剂草酸：3-5g/L；发黑稳定剂抗坏血酸10ml/L。经过常温发黑处理后在紧固件表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜，常温发黑处理后经过清洗，然后立即作脱水封闭处理后即得成品销钉。

实施例2：制备组合式放松螺母

选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例1的高强度紧固件钢按照组合式放松螺母的结构和形状采用普通的机械加工加工成组合式放松螺母半成品，然后将机械粗加工的组合式放松螺母半成品先正火处理，温度为900℃，保温时间为15小时，出炉空冷至室温；然后回火处理，温度为680℃，保温时间为15小时；出炉空冷至室温；再调质处理：在930℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷90分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度630℃，保温时间10小时；出炉空冷至室温。

然后经过除油、酸洗除锈后在pH值为3.0的条件下常温发黑处理15分钟，发黑液的组成如下：

五水硫酸铜：4-8g/L；二氧化硒：4-8g/L；辅助成膜剂磷酸-磷酸二氢钾2-5g/L；速度调整剂柠檬酸10-15g/L；pH值缓冲剂草酸：3-5g/L；发黑稳定剂抗坏血酸10ml/L。经过常温发黑处理后在紧固件表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜，常温发黑处理后经过清洗，然后立即作脱水封闭处理后即得成品组合式放松螺母。

实施例3：制备六角螺栓

选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例1的高强度紧固件钢按照内六角螺栓的结构和形状采用普通的机械加工加工成内六角螺栓半成品，然后将机械粗加工的内六角螺栓半成品先正火处理，温度为890℃，保温时间为15小时，出炉空冷至室温；然后回火处理，温度为700℃，保温时间为10小时；出炉空冷至室温；再调质处理：在950℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷100分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度640℃，保温时间8小时；出炉空冷至室温。

然后经过除油、酸洗除锈后在pH值为2.0的条件下常温发黑处理12分钟，发黑液的组成如下：

五水硫酸铜：4-8g/L；二氧化硒：4-8g/L；辅助成膜剂磷酸-磷酸二氢钾2-5g/L；速度调整剂柠檬酸10-15g/L；pH值缓冲剂草酸：3-5g/L；发黑稳定剂抗坏血酸10ml/L。经过常温发黑处理后在紧固件表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜，常温发黑处理后经过清洗，然后立即作脱水封闭处理后即得成品紧固件。

实施例4选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例4的高强度紧固螺栓，除按照紧固螺栓的结构和形状采用普通的机械加工加工成紧固螺栓半成品外，其它工艺流程同实施例1，不再赘述。

对实施例1-4制备的高强度紧固件的强度σb、硬度HRC、收缩率δ、伸长率ψ和韧性(冲击吸收功Akv)进行检测，检测结果如表3所示：

表3：本发明高强度紧固件的性能

从表3可以看出，本发明加工而成的高强度紧固件强度、硬度、塑性和韧性都较好。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (1)

1.一种组合式放松螺母，该组合式放松螺母是由改进后的高强度42CrMo钢加工而成，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.40％；Mn：0.18％；Cr：1.0％；Mo：1.0％；Si：0.06％；S＜0.010％；P＜0.010％；Ni＜0.010％；Cu＜0.010％，其余为Fe，该组合式放松螺母的加工方法为：先按照其结构和形状采用普通的机械加工加工成组合式放松螺母半成品，然后将机械加工后的组合式放松螺母半成品先正火处理，温度为900℃，保温时间为15小时，出炉空冷至室温；然后回火处理，温度为680℃，保温时间为15小时；出炉空冷至室温；再调质处理：在930℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷90分钟空冷，冷至200℃时回火，回火温度630℃，保温时间10小时；出炉空冷至室温；

然后经过除油、酸洗除锈后在pH值为3.0的条件下常温发黑处理15分钟，发黑液的组成如下：

五水硫酸铜：4-8g/L；二氧化硒：4-8g/L；辅助成膜剂磷酸-磷酸二氢钾2-5g/L；速度调整剂柠檬酸10-15g/L；pH值缓冲剂草酸：3-5g/L；发黑稳定剂抗坏血酸10ml/L；经过常温发黑处理后在组合式放松螺母表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜，常温发黑处理后经过清洗，然后立即作脱水封闭处理后即得成品组合式放松螺母。