CN105422590A - 一种螺母板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种紧固件，具体涉及一种螺母板，属于合金材料技术领域。所述的螺母板包括主体、凸台、定位孔，所述凸台对称设置在主体两端近端部处，所述定位孔的数量为偶数，且对称设置在主体表面，所述主体中轴处设置有中空，所述螺母板由高强度合金钢加工而成，所述螺母板高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.02％-0.10％，Si：0.05％-0.30％，Mn：0.20％-0.50％，Al：0.15％-1.20％，Cr：0.50％-1.20％，V：0.003％-0.01％，B：0.08％-0.20％，Ti：0.01％-0.03％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe。本发明的螺母板的组成成分及其质量百分比配伍合理，不仅具有较高的强度和硬度，还具有较高的塑性和韧性，且显著提高了螺母板的加工性能，使其易焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种紧固件，具体涉及一种螺母板，属于合金材料技术领域。
背景技术
车身是汽车整车的重要总成，车身焊接质量的好坏直接影响整车的使用寿命。汽车制造中的焊接工艺包括点焊、凸焊、弧焊、螺柱焊、激光焊、激光复合焊等。凸焊是点焊的一种变形。随着汽车工业的飞速发展，高效率、个性化的需求越来越明显，在白车身的制造过程中，采用凸焊工艺焊接螺母可以准确定位螺母的焊接位置、提升焊接质量，相对于CO2气体保护焊更能减少有害气体对人体的伤害，在汽车行业已被广泛应用。随着汽车安全性和节能环保需求的增加，对车身减重需求不断增加，高强度合金钢在车身上的应用也不断增加。车身轻量化已成为未来汽车行业的发展方向，增加钢板强度和高强度合金钢使用量是车身轻量化的重要途径之一。高强度合金钢的应用使得螺母凸焊过程中焊接不牢缺陷增加，焊接不牢主要表现在螺母达不到要求的剥离扭矩，不易焊接。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种含碳量低，强度高且易焊接的螺母板。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施：一种螺母板，所述的螺母板包括主体、凸台、定位孔，所述凸台对称设置在主体两端近端部处，所述定位孔的数量为偶数，且对称设置在主体表面，所述主体中轴处设置有中空，所述螺母板由高强度合金钢加工而成，所述螺母板高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.02％-0.10％，Si：0.05％-0.30％，Mn：0.20％-0.50％，Al：0.15％-1.20％，Cr：0.50％-1.20％，V：0.003％-0.01％，B：0.08％-0.20％，Ti：0.01％-0.03％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe。
本发明使用的钢中C含量为0.15-0.20％，是一种低碳钢，塑性和韧性较好，淬透性较高，经淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，所以具有较高的低温冲击韧性良好的加工性，且加工变形微小，抗疲劳性能相当好。在本发明螺母板高强度合金钢中，若碳含量过高，会导致合金钢母材心部的韧性下降，所以本发明将C含量为0.15-0.20％，从而保证合金钢的心部有足够的塑性和韧性。由于低碳钢的强度和硬度会相对较低，本发明适当增加了Mn的含量，以提高合金钢的强度和硬度。同时，本发明的钢中还同时含有Ti、V两种微量元素，与Mn元素起协同作用，共同提高合金钢的强度和硬度。因为，Ti、V微量元素不仅可以细化晶粒，还可以得到更高体积分数的弥散分布Ti(C，N)，(C，N)，和V(C，N)析出颗粒，因此，可以同时起到细晶强化和弥散强化的作用。
另一方面，碳当量影响元素Mn在0-60nm深度存在富集现象，尤其在0-20nm深度内富集更为明显，Mn元素含量峰值可达12％，为母材中含量的8.5倍。Mn元素在表面的富集显著提高了表层碳当量，使得表层焊接性能急剧恶化。由此可知，表层合金元素Mn的富集是造成高强度合金钢不易焊接的主要原因，因此，本发明螺母板高强度合金钢严格将Mn的含量控制在0.20％-0.50％，进而控制Mn在生产过程中在高强度合金钢表面的富集。此外，Mn元素还与钢中含有的Cr、Ni、V、B四种元素起协同作用，提高钢的淬透性，从而使钢经热处理后提高钢的心部的强度和韧性。
尽管硅(Si)有轻微的强化作用，也轻微能改善钢的韧性，与合金钢中的钼一起作用时，效果更好，但是过量的硅会严重影响钢的焊接性能，同时，本发明额外添加了0.15％-1.20％Al用以细化晶粒，与硅产生协同作用，进一步提高螺母板的冲击韧性。
由于化学成分的改变，其显微组织也发生改变，本发明的螺母板不仅具有较高的强度和硬度，还具有较高的塑性和韧性，且显著提高了螺母板的加工性能，使其易焊接。
在上述的螺母板中，所述主体两端端部呈尖形。
在上述的螺母板中，所述尖形顶部为圆弧形。
在上述的螺母板中，所述定位孔为沉孔或通孔。通过设置精密的定位孔，使该螺母板在使用中，方便定位，可以更精准地使用。
在上述的螺母板中，作为优选，所述螺母板高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.04％-0.08％，Si：0.08％-0.25％，Mn：0.25％-0.40％，Al：0.30％-1.00％，Cr：0.60％-0.80％，V：0.008％-0.01％，B：0.10％-0.16％，Ti：0.015％-0.025％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe。
本发明的还提供一种上述螺母板的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：
前处理：将如上述组成成分的高强度合金钢进行调质处理；
热处理：将调质处理后的高强度合金钢在1150-1220℃下锻造成型，保温0.3-0.6h，然后用锻造余热进行淬火处理，当温度冷却至900℃时立即水冷至室温，然后加热至450-520℃进行回火处理2-3h，最后油冷至室温，得螺母板半成品；
表面处理：将螺母板半成品依次进行除油除锈、活化处理、发黑处理、钝化处理，即可制得螺母板成品。
现有技术中螺母板的加工方法几乎都是先锻造，然后正火处理、淬火处理，最后回火处理，这种工艺周期长，操作复杂，满足不了日益增高的要求。本发明中的螺母板，先将高强度合金钢经过调质处理，然后锻造成型，并利用锻造的余热立即进行淬火处理的热变形，最后进行回火处理。本发明通过上述的加工方法得到的螺母板不仅提高了40-60％的抗拉强度，提高了35-45％的塑性，提高15-30％的韧性，且省去了高温再加热工序，极大地缩短了周期，提高经济效益。
在上述螺母板的加工方法中，所述调质处理的温度为880-940℃，保温1-2h。
在上述螺母板的加工方法中，所述水冷的速度为15-25℃/min，所述油冷的速度为16-22℃/min。冷却速度的控制在上述范围内，进一步提高了螺母板的抗拉强度和硬度，且提高螺母板的冲击韧性并稳定其冲击韧性。
在上述螺母板的加工方法中，除油除锈处理的温度为30-50℃，处理时间为5-10min，所用的处理液为：硫脲2.5-3.5g/L，磷酸二氢钠3-8g/L，OP-105-12ml/L。本发明除油除锈处理简化了前处理操作，除油除锈效果好，泵轴表面光洁，无过蚀和氢脆现象。盐酸、硫酸酸基的清洗剂应用较为广泛，成本低，效率较高，但是酸洗残留的Cl-、SO42-对泵轴的后腐蚀危害很大。本发明采用的磷酸酸基没有腐蚀物残留的隐患，更为环保、安全。
在上述螺母板的加工方法中，活化处理采用的处理液为：硝酸120-160ml/L，40％的氢氟酸200-210ml/L。活化是去除发黑件表面氧化膜，使之裸露出活性表面，可明显提高发黑膜的均匀度和附着力。
在上述螺母板的加工方法中，发黑处理所用的处理液为：CuSO41.5-2.0g/L，(NH4)6Mo7O218-20g/L，Na2S2O33.0-3.6g/L，NiSO41.4-1.8g/，ZnCl23.2-3.5g/L。进一步优选，所述的发黑处理分两步进行，第一步，pH为1.2-1.6，处理时间为2-4min；第二步，pH为3.2-3.6，处理时间为4-8min，两步处理均在常温下进行。硫酸铜用量须严格控制，浓度低，膜层附着力差；过高则膜层泛铜色。硫代硫酸钠的浓度过高则不利于发黑液的存放。
与现有技术相比，本发明螺母板的组成成分及其质量百分比配伍合理，经调质、锻造、淬火、回火处理后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，良好的加工性，且心部仍然保持着韧性和塑性，再经表面的发黑处理，进一步提高了螺母板的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性和耐磨性，同时提高其加工性能，使其易焊接。
附图说明
图1为本发明螺母板的结构图。
图中，1、主体；2、凸台；3、定位孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例及附图说明，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。
如图1所示，本发明螺母板包括主体(1)、凸台(2)、定位孔(3)，凸台(2)对称设置在主体(1)两端近端部处，定位孔(3)的数量为偶数，且对称设置在主体(1)表面，主体(1)中轴处设置有中空，该螺母板由高强度合金钢加工而成。通过对称设置定位孔，提高螺母板使用中的精密性，主体中设置的中空实质为安装孔，用于穿螺钉或螺栓。
进一步地，主体两端端部呈尖形。
再进一步地，尖形顶部为圆弧形。
进一步地，定位孔(3)为沉孔或通孔。
所述螺母板高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.02％-0.10％，Si：0.05％-0.30％，Mn：0.20％-0.50％，Al：0.15％-1.20％，Cr：0.50％-1.20％，V：0.003％-0.01％，B：0.08％-0.20％，Ti：0.01％-0.03％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe。
下面通过具体实施例进一步说明本发明的螺母板。
实施例1
前处理：将高强度合金钢(高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.10％，Si：0.05％，Mn：0.50％，Al：0.15％，Cr：1.20％，V：0.003％，B：0.20％，Ti：0.01％-0.03％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe)在880℃下进行调质处理，保温2h；
热处理：将调质处理后的高强度合金钢在1220℃下锻造成型，保温0.3h，然后用锻造余热进行淬火处理，当温度冷却至900℃时立即以25℃/min的速度水冷至室温，然后加热至520℃进行回火处理2h，最后以22℃/min的速度油冷至室温，得螺母板半成品；
表面处理：将螺母板半成品依次进行除油除锈(除油除锈处理的温度为30℃，处理时间为10min，所用的处理液为：硫脲2.5g/L，磷酸二氢钠8g/L，OP-105ml/L)、活化处理(活化处理采用的处理液为：硝酸160ml/L，40％的氢氟酸200ml/L)、发黑处理(第一步，pH为1.6，处理时间为2min；第二步，pH为3.6，处理时间为4min，两步处理均在常温下进行，发黑处理所用的处理液均为：CuSO42.0g/L，(NH4)6Mo7O218g/L，Na2S2O33.6g/L，NiSO41.4g/，ZnCl23.5g/L)、普通钝化处理，即可制得螺母板成品。
实施例2
前处理：将高强度合金钢(高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.04％，Si：0.25％，Mn：0.25％，Al：1.00％，Cr：0.60％，V：0.01％，B：0.10％，Ti：0.025％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe)在820℃下进行调质处理，保温2h；
热处理：将调质处理后的高强度合金钢在1200℃下锻造成型，保温0.5h，然后用锻造余热进行淬火处理，当温度冷却至900℃时立即以22℃/min的速度水冷至室温，然后加热至500℃进行回火处理2h，最后以20℃/min的速度油冷至室温，得螺母板半成品；
表面处理：将螺母板半成品依次进行除油除锈(除油除锈处理的温度为35℃，处理时间为8min，所用的处理液为：硫脲2.2g/L，磷酸二氢钠8g/L，OP-106ml/L)、活化处理(活化处理采用的处理液为：硝酸150ml/L，40％的氢氟酸208ml/L)、发黑处理(第一步，pH为1.3，处理时间为3min；第二步，pH为3.3，处理时间为8min，两步处理均在常温下进行，发黑处理所用的处理液均为：CuSO41.6g/L，(NH4)6Mo7O219g/L，Na2S2O33.2g/L，NiSO41.7g/，ZnCl23.3g/L)、普通钝化处理，即可制得螺母板成品。
实施例3
前处理：将高强度合金钢(高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.06％，Si：0.15％，Mn：0.35％，Al：0.60％，Cr：0.70％，V：0.009％，B：0.12％，Ti：0.022％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe)在900℃下进行调质处理，保温2h；
热处理：将调质处理后的高强度合金钢在1190℃下锻造成型，保温0.4h，然后用锻造余热进行淬火处理，当温度冷却至900℃时立即以20℃/min的速度水冷至室温，然后加热至480℃进行回火处理2h，最后以18℃/min的速度油冷至室温，得螺母板半成品；
表面处理：将螺母板半成品依次进行除油除锈((除油除锈处理的温度为40℃，处理时间为8min，所用的处理液为：硫脲3.0g/L，磷酸二氢钠5g/L，OP-108ml/L)、活化处理(活化处理采用的处理液为：硝酸140ml/L，40％的氢氟酸205ml/L)、发黑处理(第一步，pH为1.4，处理时间为3min；第二步，pH为3.3，处理时间为5min，两步处理均在常温下进行，发黑处理所用的处理液均为：CuSO41.8g/L，(NH4)6Mo7O219g/L，Na2S2O33.3g/L，NiSO41.6g/，ZnCl23.3g/L)、普通钝化处理，即可制得螺母板成品。
实施例4
前处理：将高强度合金钢(高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.08％，Si：0.08％，Mn：0.40％，Al：0.30％，Cr：0.80％，V：0.008％，B：0.16％，Ti：0.015％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe)在890℃下进行调质处理，保温1h；
热处理：将调质处理后的高强度合金钢在1160℃下锻造成型，保温0.5h，然后用锻造余热进行淬火处理，当温度冷却至900℃时立即以16℃/min的速度水冷至室温，然后加热至460℃进行回火处理2h，最后以21℃/min的速度油冷至室温，得螺母板半成品；
表面处理：将螺母板半成品依次进行除油除锈(除油除锈处理的温度为45℃，处理时间为6min，所用的处理液为：硫脲3.2g/L，磷酸二氢钠7g/L，OP-106ml/L)、活化处理(活化处理采用的处理液为：硝酸150ml/L，40％的氢氟酸202ml/L)、发黑处理(第一步，pH为1.5，处理时间为2min；第二步，pH为3.5，处理时间为7min，两步处理均在常温下进行，发黑处理所用的处理液均为：CuSO41.9g/L，(NH4)6Mo7O218g/L，Na2S2O33.5g/L，NiSO41.5g/，ZnCl23.1g/L)、普通钝化处理，即可制得螺母板成品。
实施例5
前处理：将高强度合金钢(高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.02％，Si：0.30％，Mn：0.20％，Al：1.20％，Cr：0.50％，0.01％，B：0.08％，Ti：0.03％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe)在940℃下进行调质处理，保温2h；
热处理：将调质处理后的高强度合金钢在1150℃下锻造成型，保温0.6h，然后用锻造余热进行淬火处理，当温度冷却至900℃时立即以15℃/min的速度水冷至室温，然后加热至520℃进行回火处理2h，最后以22℃/min的速度油冷至室温，得螺母板半成品；
表面处理：将螺母板半成品依次进行除油除锈(除油除锈处理的温度为50℃，处理时间为5min，所用的处理液为：硫脲3.5g/L，磷酸二氢钠3g/L，OP-1012ml/L)、活化处理(活化处理采用的处理液为：硝酸120ml/L，40％的氢氟酸210ml/L)、发黑处理(第一步，pH为1.2，处理时间为4min；第二步，pH为3.2，处理时间为8min，两步处理均在常温下进行，发黑处理所用的处理液均为：CuSO41.5g/L，(NH4)6Mo7O220g/L，Na2S2O33.0g/L，NiSO41.8g/，ZnCl23.2g/L)、普通钝化处理，即可制得螺母板成品。
对比例1
对比例1为普通市售的螺母板。
对比例2
对比例2与实施例3的区别仅在于对比例2螺母板合金钢中不含有Cr、V、B、Ti。
对比例3
对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3中的螺母板采用现有技术中普通的加工方法制得，即不采用利用锻造余热淬火处理。
将上述实施例1-5和对比例1-3制成的螺母板进行力学性能测试，测试结果如表2所示。
表2：实施例1-5和对比例1-3螺母板性能测试结果
综上所述，本发明螺母板的组成成分及其质量百分比配伍合理，经调质、锻造、淬火、回火处理后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，良好的加工性，且心部仍然保持着韧性和塑性，再经表面的发黑处理，大幅度提高了螺母板的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性和耐磨性，同时提高其加工性能，使其易焊接。
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 (5)
1.一种螺母板，其特征在于，所述的螺母板包括主体、凸台、定位孔，所述凸台对称设置在主体两端近端部处，所述定位孔的数量为偶数，且对称设置在主体表面，所述主体中轴处设置有中空，所述螺母板由高强度合金钢加工而成，所述螺母板高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.02％-0.10％，Si：0.05％-0.30％，Mn：0.20％-0.50％，Al：0.15％-1.20％，Cr：0.50％-1.20％，V：0.003％-0.01％，B：0.08％-0.20％，Ti：0.01％-0.03％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的螺母板，其特征在于，所述主体两端端部呈尖形。
3.根据权利要求2所述的螺母板，其特征在于，所述尖形顶部为圆弧形。
4.根据权利要求1所述的螺母板，其特征在于，所述定位孔为沉孔或通孔。
5.根据权利要求1所述的螺母板，其特征在于，所述螺母板高强度合金钢由以下质量百分数的成分组成：C：0.04％-0.08％，Si：0.08％-0.25％，Mn：0.25％-0.40％，Al：0.30％-1.00％，Cr：0.60％-0.80％，V：0.008％-0.01％，B：0.10％-0.16％，Ti：0.015％-0.025％，S≤0.035％，P≤0.035％，其余为Fe。
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