CN107829053A - 一种内六角扳手 - Google Patents

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侯红光
周志礼
金晓群
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Abstract

本发明涉及一种扳手，具体涉及一种内六角扳手，属于机械材料领域。本发明内六角扳手包括第一驱动件、第二驱动件、手持部、挂绳孔，第一驱动件和第二驱动件由钢材制成，钢材包括如下质量百分数的成分：Nb：0.085‑0.098％，C：0.035‑0.045％，Mn：1.85‑2.20，Ti:0.12‑0.18％,Mo:0.14‑0.21％,Si:0.22‑0.25％,V:0.010‑0.015％,La:0.005‑0.01％，kevlar纤维：0.2‑0.5％，余量为Fe。本发明内六角扳手采用配伍合理的钢材，并采用特定的热处理方法的镀层，能够使得到的内六角扳手强度和刚度高，耐腐蚀。

Description

一种内六角扳手
发明领域
本发明涉及一种扳手，具体涉及一种内六角扳手，属于机械材料领域。
背景技术
内六角扳手是一种常用的五金工具，用于对内六角螺栓的拧紧和拆卸；目前内六角扳手是横截面为正六边形并且弯成直角的曲杆，曲杆分成长柄段和短柄段，在拧紧或拆卸内六角螺栓时，将长柄段或短柄段的一端插入内六角螺栓头的正六边形凹槽内，通过短柄段或长柄段转动一定的角度后，再将长柄段或短柄段的一端拔出正六边形凹槽，调好扳手的角度，再次将长柄段或短柄段的一端插入正六边形凹槽内，转动短柄段或长柄段，如此反复，直到完全拧紧或拆除螺栓为止。但是，由于使用方法限制，着力处容易损伤，影响工作效率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种使用方便、效率高、材质可靠、使用寿命长的内六角扳手。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：一种内六角扳手，所述内六角扳手包括第一驱动件、第二驱动件、手持部、挂绳孔，所述手持部包括三个凸起，三个凸起成平面T字形，第一凸起和第二凸起设有与驱动件相匹配的凹槽，所述第一驱动件和第二驱动件通过第一凸起和第二凸起上的凹槽进行固定连接，所述挂绳孔设于第三凸起；所述第一驱动件和第二驱动件由钢材制成，所述钢材包括如下质量百分数的成分：Nb：0.085-0.098％，C：0.035-0.045％，Mn：1.85-2.20，Ti:0.12-0.18％,Mo:0.14-0.21％,Si:0.22-0.25％,V:0.010-0.015％,La:0.005-0.01％，kevlar纤维：0.2-0.5％，余量为Fe；所述kevlar纤维为经过LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维。
在本发明内六角扳手中，在采用的钢材中加入经过LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维，能够与kevlar纤维发生络合反应，Li+与O原子发生络合作用形成配位键，同时，经过LiCl乙醇溶液处理后，kevlar纤维表面粗糙度增大，能够改善与钢材基体之间的粘结性能，而kevlar纤维本身具有的高强度、高模量、优良的抗冲击性能，以及耐热、耐化学腐蚀、耐疲劳等优异性能得以在钢材中体现，从而增强本发明内六角扳手的强度和刚度。
作为优选，本发明LiCl乙醇溶液的质量浓度为6-8％。
在本发明内六角扳手中，钢材成分中含有0.085-0.098％的Nb，属于高铌钢，铌元素的加入会产生固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。另外，铌元素可以和钢中的氮元素结合，这样就可以减少自由氮的含量，从而提高钢的韧性，还可以降低奥氏体到铁素体转变温度，推迟铁素体在微合金钢中的形成。加入铌元素之后还可以使得微合金钢在发生相变时多边的形铁素体晶粒得到很大程度的细化。本发明六角扳手采用高铌钢，能够保证钢材的质量，从而增加其使用寿命。
另外，在本发明内六角扳手中，在制备钢材中碳元素的含量为0.035-0.045％，本发明中碳含量较低，因此也为低碳钢，在本发明中降低钢中的碳含量能使钢具有较好的成型性能和良好的焊接性能，并且在一定程度上阻止钢坯中碳和锰在中心区域偏析，可避免高铌钢中碳化铌、氮化铌以及碳氮化铌的剧烈析出，可增加钢中铌元素的平衡固溶度。当高铌钢中碳含量较低时，有助于高铌钢在连续冷却时避免形成渗碳体或碳化物。但是，碳元素是钒、钛、铌等合金形成碳化物的重要成份，一般需要保持在0.01％之上，保证有足够碳原子来形成碳化物，在高温变形阶段，碳化物能够抑制再结晶，抑制奥氏体晶粒的长大，在低温区起到沉淀强化作用，进而使钢的强度得以提高。因此本发明选择上述成分的碳含量，只有碳含量选取的合适，才能保证钢材在强度和韧性间得到合理的匹配，有利于避免碳化铌、氮化铌以及碳氮化铌的剧烈析出，提高铌的固溶度。
在本发明内六角扳手中，通过提高Mn的含量，可以弥补低的含碳量碳造成的强度和固溶度损失，同时还能使钢保持良好的焊接性能。高的锰加入量还可以使得铁素体的CCT曲线向右移动，从而促进针状铁素体和贝氏体在中温转变时的生成。高锰的加入更容易造成晶格畸变，产生较强的固溶强化，从而提高屈服强度。锰能够降低奥氏体向铁素体转变的温度，使铁素体析出更加的细小。碳化锰可以逐渐降低钢中韧脆转变温度，提高钢的低温韧性。
在奥氏体中，铌、钛以Nb(C,N)和Ti(C,N)的形式析出，析出物的数量主要取决于温度和相关元素的含量。较低温度下在奥氏体内析出细小的铌、钛的化合物，这些细小的化合物通过作用于晶界的钉扎机制，阻止晶粒长大，从而获得细晶组织。当铌、钛的含量增加，细化的效果会变得更明显。
钼可以提高奥氏体中的Nb(C,N)的固溶度，延缓Nb(C,N)在奥氏体的析出，从而促进铁素体的形成，使得Nb(C,N)的析出温度降低、提高沉淀强化在钢中的作用；硅元素的加入能使Nb(C,N)的析出速度增大；合金在压缩变形过程中发生了动态再结晶，而V元素的加入有效的抑制了奥氏体化后的冷却过程中先析铁素体晶粒的长大。
再者，在本发明内六角扳手中，还加入了微量的稀土元素，稀土能提高低碳高铌钢原始奥氏体晶粒的均匀性，能够细化低碳高铌钢的原始奥氏体晶粒，同时稀土的加入能够降低低碳高铌钢Nb、Ti的固溶温度，提高Nb、Ti在钢中的固溶百分含量。
作为优选，本发明内六角扳手制备的钢材中，所述0.25％≤Nb+V+Ti的含量≤0.40％。本发明通过控制合金元素的加入量，能够控制微合金元素在钢材中的固溶半分含量，从而提高钢材的制备性能。
本发明另一个目的在于提供上述内六角扳手的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
冶炼：将制备驱动件的钢材在真空感应炉中冶炼得钢水；
连铸：将钢水送入连铸机在氩气保护下进行浇铸得钢坯；
热处理：将得到的钢坯进行热处理得到驱动件半成品；
镀镍磷：采用化学镀在驱动件半成品表面镀镍磷合金层，其中镍磷合金镀液包括如下组分：20g/L硫酸镍，24g/L次磷酸钠，6～22g/L丁二酸钠，16g/L苹果酸，镀液的pH为5.1-5.2；
组装：将驱动件与手持部组装，并在手持部上打出挂绳孔得到内六角扳手。
在上述一种内六角扳手的制备方法中，冶炼过程中加入了质量为钢材质量1.2-1.5％的Al-5Ti-B-7Sm细化剂。Al-5Ti-B-7Sm细化剂中第二相为Ti2Al20Sm和TiB2，能够使共晶长大温度降低抑制，抑制或毒化熔体中原有的形核质点，使原有的形核质点数量减少，剩下的形核质点聚集在凝固的α-Al相表面，最后共晶硅铝长成碎块状，无数个碎块铝颗粒连接成珊瑚状共晶团，从而达到细化晶粒的目的。
在上述一种内六角扳手的制备方法中，所述真空感应炉中冶炼的温度为1200-1300℃。
在上述一种内六角扳手的制备方法中，所述连铸过程的钢水过热度为35-40℃。钢水过热度大，有助于液态保护渣渗入到结晶器壁与铸坯之间的界面，增加铸坯与结晶器壁间的润滑作用。如果钢水过热度增大，通过弯月面传出的热量也就相应增加，这样弯月面处的坯壳生长速度就减慢，有利于整个坯壳的均匀生长。连铸钢水过热度小，有利于凝固过程中限制柱状晶的生长，增大等轴晶的形核和生长区域，连铸钢水过热度越低，结晶前沿形成的成分过冷区越大，越有利于等轴晶的产生和生长，使凝固后铸坯的内部强度提高。因此，本发明选用上述范围的过热度。
在上述一种内六角扳手的制备方法中，所述热处理包括正火处理和回火处理：正火处理的温度为900-950℃，时间为2-2.5h；回火处理的温度为500-550℃，时间为2-2.5h。本发明内六角扳手通过正火和回火处理，能够使高铌钢铸造态由粗大的类多边形铁素体和珠光体组成转变成由铁素体基体和颗粒状珠光体组成，且颗粒状珠光体的尺寸最为细小，且其在铁素体基体中的分布最为均匀组织最为细小均匀，因此得到的扳手质量最佳。
在上述一种内六角扳手的制备方法中，所述镍磷合金镀液中加入了丁二酸钠，镀层中磷含量降低的原因是丁二酸钠的增加，减少了镀液中次磷酸还原的活性点数目，n(Ni2+)∶n(H2PO2－)增大，磷还原的可能性小，镀层中磷也就降低了；当丁二酸钠增大一定量对镀液中次磷酸还原的活性点数目影响就小了，从而镀层中磷含量变化不大。因此，得到的镍磷合金镀层均匀，稳定，强度高。
与现有技术相比：本发明具有如下优点：
1、本发明内六角扳手采用高铌钢制成，且通过控制钢材中的合金元素含量，能够使本发明得到的内六角扳手具有高强度和刚度，从而提高其寿命；
2、本发明内六角扳手在镍磷合金镀层的镀液中加入了丁二酸钠，从而镀层中磷含量变化不大，得到的镍磷合金镀层均匀，稳定，强度高；
3、本发明内六角扳手采用配伍合理的钢材，并采用特定的热处理方法的镀层，能够使得到的内六角扳手强度和刚度高，耐腐蚀，从而提高内六角扳手的使用寿命。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，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。
实施例1
冶炼：将制备驱动件的钢材在温度为1200℃真空感应炉中冶炼得钢水，其中，钢材包括如下质量百分数的成分：Nb：0.085％，C：0.035％，Mn：1.85％，Ti：0.12％，Mo：0.14％，Si:0.22％,V:0.010％,La:0.005％，kevlar纤维：0.2％，余量为Fe；所述kevlar纤维为经过质量浓度为6％的LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维；冶炼过程中还加入了质量为钢材质量1.2％的Al-5Ti-B-7Sm细化剂；
连铸：将钢水送入连铸机在氩气保护下进行浇铸得钢坯，其中，钢水过热度为35℃；
热处理：将得到的钢坯进行热处理得到驱动件半成品，热处理包括正火处理和回火处理：正火处理的温度为900℃，时间为2h；回火处理的温度为500℃，时间为2h；
镀镍磷：采用化学镀在驱动件半成品表面镀镍磷合金层，所述镍磷合金镀液包括如下组分：20g/L硫酸镍，24g/L次磷酸钠，6g/L丁二酸钠，16g/L苹果酸，镍磷合金镀液的pH为5.1；
组装：将驱动件与手持部组装，并在手持部上打出挂绳孔得到内六角扳手。
实施例2
冶炼：将制备驱动件的钢材在温度为1230℃真空感应炉中冶炼得钢水，其中，钢材包括如下质量百分数的成分：Nb：0.088％，C：0.037％，Mn：1.95％，Ti：0.13％，Mo：0.16％，Si:0.23％,V:0.011％,La:0.006％，kevlar纤维：0.28％，余量为Fe；所述kevlar纤维为经过质量浓度为6.4％的LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维；冶炼过程中还加入了质量为钢材质量1.3％的Al-5Ti-B-7Sm细化剂；
连铸：将钢水送入连铸机在氩气保护下进行浇铸得钢坯，其中，钢水过热度为37℃；
热处理：将得到的钢坯进行热处理得到驱动件半成品，热处理包括正火处理和回火处理：正火处理的温度为915℃，时间为2.1h；回火处理的温度为510℃，时间为2.1h；
镀镍磷：采用化学镀在驱动件半成品表面镀镍磷合金层，所述镍磷合金镀液包括如下组分：21g/L硫酸镍，25g/L次磷酸钠，12g/L丁二酸钠，16g/L苹果酸，镍磷合金镀液的pH为5.1；
组装：将驱动件与手持部组装，并在手持部上打出挂绳孔得到内六角扳手。
实施例3
冶炼：将制备驱动件的钢材在温度为1250℃真空感应炉中冶炼得钢水，其中，钢材包括如下质量百分数的成分：Nb：0.092％，C：0.04％，Mn：2.0％，Ti：0.15％，Mo：0.17％，Si:0.23％,V:0.013％,La:0.008％，kevlar纤维：0.35％，余量为Fe；所述kevlar纤维为经过质量浓度为7％的LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维；冶炼过程中还加入了质量为钢材质量1.35％的Al-5Ti-B-7Sm细化剂；
连铸：将钢水送入连铸机在氩气保护下进行浇铸得钢坯，其中，钢水过热度为38℃；
热处理：将得到的钢坯进行热处理得到驱动件半成品，热处理包括正火处理和回火处理：正火处理的温度为925℃，时间为2.3h；回火处理的温度为528℃，时间为2.2h；
镀镍磷：采用化学镀在驱动件半成品表面镀镍磷合金层，所述镍磷合金镀液包括如下组分：23g/L硫酸镍，26g/L次磷酸钠，14g/L丁二酸钠，17g/L苹果酸，镍磷合金镀液的pH为5.1；
组装：将驱动件与手持部组装，并在手持部上打出挂绳孔得到内六角扳手。
实施例4
冶炼：将制备驱动件的钢材在温度为1280℃真空感应炉中冶炼得钢水，其中，钢材包括如下质量百分数的成分：Nb：0.095％，C：0.042％，Mn：2.1％，Ti：0.17％，Mo：0.20％，Si:0.24％,V:0.014％,La:0.009％，kevlar纤维：0.42％，余量为Fe；所述kevlar纤维为经过质量浓度为7.5％的LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维；冶炼过程中还加入了质量为钢材质量1.4％的Al-5Ti-B-7Sm细化剂；
连铸：将钢水送入连铸机在氩气保护下进行浇铸得钢坯，其中，钢水过热度为39℃；
热处理：将得到的钢坯进行热处理得到驱动件半成品，热处理包括正火处理和回火处理：正火处理的温度为940℃，时间为2.4h；回火处理的温度为542℃，时间为2.4h；
镀镍磷：采用化学镀在驱动件半成品表面镀镍磷合金层，所述镍磷合金镀液包括如下组分：24g/L硫酸镍，27g/L次磷酸钠，18g/L丁二酸钠，17g/L苹果酸，镍磷合金镀液的pH为5.2；
组装：将驱动件与手持部组装，并在手持部上打出挂绳孔得到内六角扳手。
实施例5
冶炼：将制备驱动件的钢材在温度为1300℃真空感应炉中冶炼得钢水，其中，钢材包括如下质量百分数的成分：Nb：0.098％，C：0.045％，Mn：2.2％，Ti：0.18％，Mo：0.21％，Si:0.25％,V:0.015％,La:0.01％，kevlar纤维：0.5％，余量为Fe；所述kevlar纤维为经过质量浓度为8％的LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维；冶炼过程中还加入了质量为钢材质量1.5％的Al-5Ti-B-7Sm细化剂；
连铸：将钢水送入连铸机在氩气保护下进行浇铸得钢坯，其中，钢水过热度为40℃；
热处理：将得到的钢坯进行热处理得到驱动件半成品，热处理包括正火处理和回火处理：正火处理的温度为950℃，时间为2.5h；回火处理的温度为550℃，时间为2.5h；
镀镍磷：采用化学镀在驱动件半成品表面镀镍磷合金层，所述镍磷合金镀液包括如下组分：25g/L硫酸镍，28g/L次磷酸钠，22g/L丁二酸钠，18g/L苹果酸，镍磷合金镀液的pH为5.2；
组装：将驱动件与手持部组装，并在手持部上打出挂绳孔得到内六角扳手。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例内六角扳手所用的钢材为市售普通钢材，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例内六角扳手所用的钢材中不含有kevlar纤维，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例内六角扳手所用的钢材中的kevlar纤维没有经过预处理，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例内六角扳手表面没有镀镍磷，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
将上述实施例1-5及对比例1-4中的内六角扳手进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1：实施例1-5及对比例1-4中内六角扳手性能检测结果
从本发明实施例和众多对比例可以明显看出，本发明内六角扳手采用高铌钢制成，且通过控制钢材中的合金元素含量，能够使本发明得到的内六角扳手具有高强度和刚度，从而提高其寿命；同时，本发明内六角扳手在镍磷合金镀层的镀液中加入了丁二酸钠，从而镀层中磷含量变化不大，得到的镍磷合金镀层均匀，稳定，强度高。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种内六角扳手，其特征在于，所述内六角扳手包括第一驱动件、第二驱动件、手持部、挂绳孔，所述手持部包括三个凸起，三个凸起成平面T字形，第一凸起和第二凸起设有与驱动件相匹配的凹槽，所述第一和第二驱动件通过第一凸起和第二凸起上的凹槽进行固定连接，所述挂绳孔设于第三凸起；所述第一驱动件和第二驱动件由钢材制成，所述钢材由如下质量百分数的成分组成：Nb：0.085-0.098％，C：0.035-0045％，Mn：1.85-2.2％，Ti：0.12-0.18％，Mo：0.14-0.21％，Si：0.22-0.25％，V：0.010-0.015％，La：0.005-0.01％，kevlar纤维：0.2-0.5％，余量为Fe；所述kevlar纤维为经过LiCl乙醇溶液处理的kevlar纤维。
2.根据权利要求1所述的一种内六角扳手，其特征在于，所述LiCl乙醇溶液的质量浓度为6-8％。
3.根据权利要求1所述的一种内六角扳手，其特征在于，所述钢材中Nb+V+Ti的百分含量为0.25-0.40％。
4.一种内六角扳手的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
冶炼：将如权利要求1所述的钢材在真空感应炉中冶炼得钢水；
连铸：将钢水送入连铸机在氩气保护下进行浇铸得钢坯；
热处理：将得到的钢坯进行热处理得到驱动件半成品；
镀镍磷：采用化学镀在驱动件半成品表面镀镍磷合金层，所述镍磷合金镀液包括如下组分：20-25g/L硫酸镍，24-28g/L次磷酸钠，6-22g/L丁二酸钠，16-18g/L苹果酸；
组装：将驱动件与手持部组装，并在手持部上打出挂绳孔得到内六角扳手。
5.根据权利要求4所述的内六角扳手的制备方法，其特征在于，冶炼过程中加入了质量为钢材质量1.2-1.5％的Al-5Ti-B-7Sm细化剂。
6.根据权利要求4所述的内六角扳手的制备方法，其特征在于，所述真空感应炉中冶炼的温度为1200-1300℃。
7.根据权利要求4所述的内六角扳手的制备方法，其特征在于，所述连铸过程的钢水过热度为35-40℃。
8.根据权利要求4所述的内六角扳手的制备方法，其特征在于，所述热处理包括正火处理和回火处理：正火处理的温度为900-950℃，时间为2-2.5h；回火处理的温度为500-550℃，时间为2-2.5h。
9.根据权利要求4所述的内六角扳手的制备方法，其特征在于，所述镍磷合金镀液的pH为5.1-5.2。
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