CN108374821A - 具有去硬螺纹端部的高强螺栓 - Google Patents

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Abstract

高强螺栓(1)，该高强螺栓具有头部(2)和带有螺纹(6)的螺纹区段(5)，该螺纹区段具有在轴向方向上远离所述头部(2)指向的螺纹端部(9)，其特征在于，所述螺纹区段(5)具有去硬区域(12)，该去硬区域从所述螺纹端部(9)出发并且在轴向方向上延伸，其中，所述去硬区域(12)具有与所述螺纹区段(5)的轴向中间区域(11)相比减小的硬度。

Description

具有去硬螺纹端部的高强螺栓
技术领域
本发明涉及一种具有头部和带螺纹的螺纹区段的高强螺栓，该螺纹区段具有在轴向方向上远离头部地指向的螺纹端部。
背景技术
由欧洲专利申请EP 2 594 653 A1已知一种超强螺栓。
发明内容
本发明的任务在于提供一种高强或超强螺栓，该螺栓在滚压螺纹时能够以小的工具磨损完全不切削地制造。
根据本发明，本发明的任务通过独立权利要求的特征解决。
本发明的优选的其他构型可从从属权利要求得到。
本发明涉及一种具有头部和带螺纹的螺纹区段的高强螺栓，该螺纹区段具有在轴向方向上远离头部地指向的螺纹端部。螺纹区段具有去硬区域，该去硬区域从螺纹端部出发并且在轴向方向上延伸。去硬区域具有与螺纹区段的轴向中间区域相比减小的硬度。
本发明还涉及一种用于制造高强螺栓的方法，所述方法具有以下步骤：
-通过成型来制造具有头部和杆部的毛坯，
-对该毛坯进行热处理，以达到提高的硬度，
-将杆部在去硬区域中的硬度减小，该去硬区域从杆部的、远离头部地指向的螺纹端部之后所处的轴向区域出发，并且，该去硬区域在轴向方向上仅在杆部的、螺纹区段之后所处的轴向区域的一部分上延伸，并且
-通过在杆部的所述区域中成型螺纹来制造螺纹区段。
这些方法步骤以所说明的顺序实施。但是可能的是，在所述方法步骤之间实施其他步骤。
高强螺栓理解为一螺栓，该螺栓具有的抗拉强度Rm为至少800牛顿/平方毫米。高强螺栓基本上理解为强度等级为8.8、9.8、10.9和12.9的螺栓。但根据本发明的高强螺栓也可涉及超强螺栓，其具有的抗拉强度Rm为至少1400牛顿/平方毫米。超强螺栓大部分属于强度等级14.8、15.8或16.8。即，根据本发明的“高强”螺栓在后面至少是高强螺栓，但也能够是超强螺栓。
新的高强螺栓例如可以涉及具有以下螺纹区段的螺栓，该螺纹区段的面向螺栓头部的轴向端部区域和该螺纹区段的轴向中间区域属于超强螺栓，但是该螺纹区段的去硬区域“仅”属于高强螺栓。
未确定的专业术语“去硬区域”在本申请中看成螺栓的螺纹区段的轴向部分区域，该部分区域具有与(未去硬的)螺纹区段的其余部分相比减小的硬度。在此，术语“去硬”表示硬度已减小。该术语尤其不强制表示：已使之前实施的硬化完全消退。
即，在螺栓的螺纹区段的远离螺栓头部地指向的端部区域中，将硬度和抗拉强度减小。在此，在许多情况下涉及螺栓的轴向端部。但是也可能的是，螺纹区段不布置在螺栓的轴向端部上，而是布置在螺栓的轴向端部和头部之间的任意部位上。去硬区域在这两种情况下从螺纹区段的该端部(即螺纹进口)在螺纹区段的一定轴向长度上延伸。但该去硬区域不在螺纹区段的整个长度上延伸。
在去硬区域中平均地存在一硬度和一抗拉强度，它们小于螺纹区段的其余部分中的平均硬度和平均抗拉强度。为了与表述-螺纹区段的“其余部分”区别地改善引用，在本申请中为此使用螺纹区段的轴向中间区域。
通过在螺纹端部的区域中的新的去硬区域，以多重方式进行螺栓的去硬。该去硬尤其涉及该螺纹端部的顶端(Kuppe)，即螺纹进口的轴向区域，在该轴向区域中螺纹的外直径第一次达到其最大值。在现有技术中，在顶端区域中出现不同的问题。首先，在这里出现不均匀的力分布，在制造螺纹时，该不均匀的力分布作用到滚压工具上的螺纹轮廓侧面上。由此在现有技术中在滚压工具上出现增大的磨损。
在现有技术中的另一问题是：在拧紧的构件上在对应的内螺纹的区域中的疲劳断裂危险。在这里由于螺栓的螺纹的螺纹牙顶而存在应力集中。
根据本发明，由于新螺栓的螺纹区段的硬度和抗拉强度减小，既在制造螺纹时也在旋拧螺纹时，在螺纹进口的区域中在该顶端上产生的负载较小。即在滚压工具上产生的磨损较小并且在拧紧的构件上产生的损伤和断裂较轻微。
基于新的去硬区域而可能的是，即使是超强螺栓也能以单级的滚压方法制造。可以取消在现有技术中使用的两级螺纹滚压。也不需要在现有技术中使用的其他切削方法来减小构件中的应力集中。
新的高强螺栓、尤其是新的超强螺栓的疲劳强度由此相对于现有技术显著地改善。例如疲劳强度δA50可能以大约20牛顿/平方毫米到50牛顿/平方毫米之间的量提高到大约150牛顿/平方毫米或更多。
去硬区域的硬度可以比螺纹区段的轴向中间区域小至少50HV。去硬区域的硬度可以比轴向中间区域小，所小的量在50HV到300HV之间，尤其在100HV到250HV之间。去硬区域的抗拉强度可以比螺纹区段的轴向中间区域小至少100牛顿/平方毫米。去硬区域的抗拉强度可以比轴向中间区域小，所小的量在100牛顿/平方毫米到700牛顿/平方毫米之间，尤其在200牛顿/平方毫米到500牛顿/平方毫米之间。
去硬区域的硬度可以比螺纹区段的轴向中间区域小，所小的比例在15％到50％之间，尤其在20％到40％之间。去硬区域的抗拉强度可以比螺纹区段的轴向中间区域小，所小的比例在15％到50％之间，尤其在20％到40％之间。
螺纹区段在去硬区域中的硬度和抗拉强度的在数值上的所述减小导致，在这里在制造螺纹时在滚压工具上出现的磨损较小。同样地，在将螺栓与构件拧紧时出现的构件失效较少。
在此，去硬区域只在螺纹区段的沿轴向的部分长度上延伸。该部分长度覆盖背离头部的螺纹端部和螺纹进口的顶端，即与螺纹螺距相对应地绕螺栓周边盘绕的区域，在该区域中第一次达到螺纹的最大外直径。
为了使去硬区域至少包含所述顶端的区域，去硬区域可以在螺纹螺距的至少两倍、尤其至少三倍的长度上延伸。换言之，螺栓的螺纹在这里已完全绕螺栓盘绕了两次或三次。
为了螺纹不完全失去高硬度和高抗拉强度的所期望的正面效应，去硬区域至少在螺纹区段的轴向中间区域之前终止。去硬区域的长度最大可以相当于螺纹螺距的八倍，尤其最大相当于其七倍、尤其最大相当于其六倍。由此足以确保；螺纹区段的所述区域被包含，否则在该区域中在制造螺纹时和在拧紧螺栓时会出现上面所述的负面效应。螺纹的其余部分具有人们对高强螺栓所预期的、期望的高硬度和高抗拉强度。
螺纹在去硬区域中可以具有通常的标准构造。这意味着，在那里存在通常的螺纹进口。在那里不存在其他特殊的几何措施，例如钻孔或附加的倒角。但在螺纹出口的和杆部的端部上的通常的倒角是存在的。即螺纹进口的降负载可以仅通过去硬区域实现。
在上面所述的用于制造高强螺栓的方法中，可以通过毛坯的感应加热来实现硬度的减小。这尤其借助于导流的线圈实现，该线圈承受电磁交变场并且在螺栓毛坯的材料中产生涡流。因为所述涡流与原来的电流相反地流动，因此产生热量。
在毛坯的感应加热之后可以进行毛坯的冷却。这尤其在以下情况下是有利的：将对钢的加热限制到低于奥氏体转变开始温度Ac1的、在500℃到750℃之间、尤其在600℃到723℃之间的一温度。通过加热步骤和冷却步骤的协调，达到硬度和强度的期望的减小。所述冷却尤其通过具有大约10℃到大约50℃的温度的水实现。所述冷却可以在大约0.05s到30s之间、尤其在大约0.1s到10s之间的时间段进行。
所述感应加热可以以在20kHz到500kHz之间、尤其在大约100kHz到400kHz之间的频率进行。
所述感应加热可以在大约0.05s到30s之间、尤其在大约0.1s到10s之间的时间段进行。
但是通过加热毛坯而实现的硬度减小也可以例如通过激光实现。在该加热之后尤其可以进行经调节的冷却来达到去硬区域的硬度的期望减小。
此外，在上面所述的所有方法步骤中，螺栓可具有一个或多个上面所述的特征。
所述热处理尤其可以是贝氏体化(Bainitisieren)。用于制造螺纹区段的成型尤其可以是滚压或辊压。该成型尤其可以是冷成型。
新的高强螺栓可以具有贝氏体组织，该贝氏体组织尤其已经至少部分地通过贝氏体化产生。贝氏体组织在实现同样非常高的延展性的情况下导致非常高的抗拉强度。该高的延展性或韧性将贝氏体组织与马氏体组织明显区分开，马氏体组织在现有技术中以已知的方式通过以随后的回火实现的硬化产生。而在等温淬火中，通过快冷实现硬化，该快冷使得从奥氏体相经由等温的组织转变变成贝氏体阶段。在此，所述部件、尤其是螺栓在等温温度中停留在盐浴中，直到从奥氏体到贝氏体的组织转变在整个横截面上结束。在马氏体硬化时需要的回火过程优选可以取消。由此也降低硬化畸变的倾向。
为了制造所述高强螺栓而使用的原材料通常被称为"线材"。为新的所述高强螺栓所使用的线材可以由可冷成型的、未调质处理的钢构成并且具有大约0.2％到0.6％或大约0.2％到0.5％的碳含量。所述钢可以具有尤其总体上约1.1％以上的合金含量，尤其是铬、钼、锰、镍、钒、铌或钛。
本发明的有利扩展方案由权利要求书、说明书或附图得出。特征或多个特征的组合的在说明书中提到的优点仅是示例性的并且可以替代地或累加地起作用，而不必强制通过根据本发明的实施方式实现这些优点。在不由此改变所附权利要求的主题的情况下，关于原始申请文件和专利的公开内容方面有：可由附图-尤其是所示出的几何形状和多个构件相对彼此的尺寸以及这些构件的相对布置和相互作用-得到其他特征。同样，本发明的不同实施方式的特征的组合或不同权利要求的特征的组合能够与所选择的权利要求的引用关系不同地实现并且本领域技术人员有动机这样做。这也涉及这样的特征，所述特征在独立的附图中示出并且在对这些附图的说明中提到。所述特征也可以与不同权利要求的特征组合。同样地，针对本发明的其他实施方式可以取消在权利要求中列举的特征。
在权利要求书和说明书中提到的特征在关于其数量方面要如此理解，刚好存在该数量或者存在比所提到的数量更大的数量，而不需要明确地使用副词“至少”。即。例如当提到(一个)去硬区域时，这要如此理解：存在刚好一个去硬区域、两个去硬区域或更多个去硬区域。这些特征可以通过其他特征补充或者是单独的特征，由这些特征组成对应的产品。
在权利要求中包含的参考标记不构成对通过权利要求保护的主题的范围的限制。所述参考标记仅用于使权利要求变得更容易理解。
附图说明
下面参照在附图中示出的优选实施例进一步阐述和说明本发明。
图1示出新的高强螺栓的示例性实施方式的视图。
图2示出根据图1的螺栓的螺纹区段的细节A。
图3示出根据图1的螺栓的剖视图。
图4示出根据图3的螺栓的螺纹区段的细节B。
具体实施方式
图1至4示出一种新的高强螺栓1的示例性实施方式的不同视图。螺栓1是具有至少800牛顿/平方毫米的抗拉强度的高强螺栓1，尤其是具有至少1400牛顿/平方毫米的抗拉强度的超强螺栓1。螺栓1具有尤其通过等温淬火产生的贝氏体组织，该贝氏体组织基本上在螺栓1的整个横截面上延伸。
螺栓1具有头部2和杆部3。头部2具有通常的工具作用轮廓。杆部3具有无螺纹的杆部区段4和带有螺纹6的螺纹区段5。在这里，螺纹6构造为米制螺纹。但是所述螺纹也可以是其他螺纹6。
螺纹区段5具有螺纹进口7和螺纹出口8。该螺纹区段还具有远离头部2指向的螺纹端部9和面向头部2的螺纹端部10。相应地，螺纹区段5的轴向中间区域11在两个螺纹端部9、10之间位于中间。
如这里通过参考标记12所表明的那样，螺纹区段5具有去硬区域12。去硬区域12从螺纹端部9出发并且在轴向方向上在螺纹区段5的轴向部分长度上延伸。在去硬区域12中存在与螺纹区段5的轴向中间区域11相比减小的硬度和抗拉强度。去硬区域12的硬度可以比螺纹区段5的轴向中间区域11小，所小的量在15％到50％之间。
去硬区域12在轴向方向上延伸至少直到超过螺纹区段5的一顶端13，即螺纹区段5的以下区域，在该区域中螺纹6第一次达到该螺纹的最大外直径。
如参照两条线14、15示例性表明的那样，去硬区域12可以在线14的意义上在螺纹6的螺距的至少三倍的最小长度上延伸。
去硬区域12可以按照线15在最大长度上延伸，该最大长度最大相当于螺纹6的螺距的六倍。显而易见，也可以使用其他数值，并且尤其可以使用在本申请中提到的其他数值。
参考标记列表
1 螺栓
2 头部
3 杆部
4 杆部区段
5 螺纹区段
6 螺纹
7 螺纹进口
8 螺纹出口
9 螺纹端部
10 螺纹端部
11 轴向中间区域
12 去硬区域
13 顶端
14 线
15 线

Claims (15)

1.一种高强螺栓(1)，该高强螺栓具有头部(2)和带有螺纹(6)的螺纹区段(5)，该螺纹区段具有在轴向方向上远离所述头部(2)地指向的螺纹端部(9)，其特征在于，所述螺纹区段(5)具有去硬区域(12)，该去硬区域从所述螺纹端部(9)出发并且在轴向方向上延伸，其中，所述去硬区域(12)具有与所述螺纹区段(5)的轴向中间区域(11)相比减小的硬度。
2.根据权利要求1所述的螺栓(1)，其特征在于，所述去硬区域(12)的硬度比所述螺纹区段(5)的所述轴向中间区域(11)小至少50HV。
3.根据权利要求2所述的螺栓(1)，其特征在于，所述去硬区域(12)的硬度比所述螺纹区段(5)的所述轴向中间区域(11)小，所小的量在50HV到300HV之间、尤其在100HV到250HV之间。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的螺栓(1)，其特征在于，所述去硬区域(12)的抗拉强度比所述螺纹区段(5)的所述轴向中间区域(11)小至少100牛顿/平方毫米。
5.根据权利要求4所述的螺栓(1)，其特征在于，所述去硬区域(12)的抗拉强度比所述螺纹区段(5)的所述轴向中间区域(11)小，所小的量在100牛顿/平方毫米到700牛顿/平方毫米之间、尤其在200牛顿/平方毫米到500牛顿/平方毫米之间。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的螺栓(1)，其特征在于，
所述去硬区域(12)的硬度比所述螺纹区段(5)的所述轴向中间区域(11)小，所小的比例在15％到50％之间、尤其在20％到40％之间，和/或
所述去硬区域(12)的抗拉强度比所述螺纹区段(5)的所述轴向中间区域(11)小，所小的比例在15％到50％之间、尤其在20％到40％之间。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的螺栓(1)，其特征在于，所述去硬区域(12)在为所述螺纹(6)的螺距的至少两倍、尤其至少三倍的长度上延伸。
8.根据权利要求7所述的螺栓(1)，其特征在于，所述去硬区域(12)的长度最大相当于所述螺纹(6)的螺距的八倍、尤其最大相当于其七倍、尤其最大相当于其六倍。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的螺栓(1)，其特征在于，所述去硬区域(12)中的螺纹(6)具有通常的标准构造并且在那里尤其不布置钻孔。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的螺栓(1)，其特征在于，所述螺栓(1)具有贝氏体组织。
11.一种用于制造高强螺栓(1)、尤其是根据前述权利要求中至少一项所述的螺栓(1)的方法，所述方法具有以下步骤；
通过成型来制造具有头部(2)和杆部(3)的毛坯，
对所述毛坯进行热处理以达到提高的硬度，
将所述杆部(3)在去硬区域(12)中的硬度减小，该去硬区域从所述杆部(3)的、远离所述头部(2)地指向的螺纹端部(9)之后所处的轴向区域出发；并且，该去硬区域在轴向方向上仅在所述杆部(3)的、所述螺纹区段(5)之后所处的轴向区域的一部分上延伸，并且
通过在所述杆部(3)的所述区域中成型螺纹(6)来制造所述螺纹区段(5)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，硬度的所述减小通过所述毛坯的感应加热实现。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述感应加热
以在大约20kHz到500kHz之间、尤其在大约100kHz到400kHz之间的频率进行，和/或，
在大约0.05s到30s之间、尤其在大约0.1s到10s之间的时间段进行。
14.根据权利要求11至13中至少一项所述的方法，其特征在于，对所述毛坯进行的、用于达到提高的硬度的所述热处理包括贝氏体化，以产生贝氏体组织。
15.根据权利要求11至14中至少一项所述的方法，其特征在于，硬度的所述减小通过以激光对所述毛坯进行加热来实现。
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