CN108994544A - 一种高强紧固螺栓的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于螺栓加工工艺领域,旨在提供一种高强紧固螺栓的生产工艺,包括如下步骤:S1、钢材选择;S2、球化退火;S3、剥壳除鳞;S4、拉拔;S5、冷锻成形;S6、螺纹加工;S7、热处理;S8、检测用;S9、回火;S10、二次检测;S11、镀防腐蚀层。通过选材、退火、除鳞、拉拔、冷锻、热处理并筛选回火,最后再次筛选出的螺栓具有高强度的特性;通过在螺栓表面覆上Fe‑Ni‑Cr合金镀层,其具有耐腐蚀的特性,可防止螺栓在苛刻的理化条件下受腐蚀,从而维持螺栓形态和强度。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓加工工艺领域,更具体地说,它涉及一种高强紧固螺栓的生产工艺。
背景技术
高强度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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强紧固螺栓的生产工艺,其具有生产高强度螺栓的作用。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种高强紧固螺栓的生产工艺,包括如下步骤:
S1、钢材选择:选用35CrMo为坯料,并按照螺栓的规格大小切断下坯料;
S2、球化退火:在钟罩炉内进行等温球化退火,保温时间为8-12小时,其硬度控制在HB100-120之间;
S3、剥壳除鳞:首先利机械除鳞法,清除大部分的的氧化铁皮;随后利用化学酸洗剂除净所有的氧化铁皮;
S4、拉拔:将坯料从模孔中拉出,以获得所需的相应形状和尺寸,拉拔过程中需要向坯料表面喷涂润滑剂;
S5、冷锻成形:利用自动锻压机将坯料分别在几个成型凹模里进行冲压、挤压和缩径,直到成型最后所需螺栓;
S6、螺纹加工:使一定直径范围内的螺纹坯料通过滚丝模,由滚模压力使螺纹成形;
S7、热处理: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,出炉后用油冷却,其冷却温度小于80℃;
S8、检测用:HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC不小于50为合格件;
S9、回火:在硝盐炉内对合格件进行回火,35CrMo时,其温度控制在530℃±10℃,升温时间为25min-35min,保温时间为50min-70min,出炉后用水雾在室温条件下进行冷却;
S10、二次检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC在33-39内为合格件,并按批次进行拉试抽查。
通过采用上述技术方案,钢材选择35CrMo为坯料,35CrMo合金结构钢有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限,适宜选用制作高强度紧固螺栓。在锻压前退火,以便获得均匀细致的球化珠光体,以更好地满足实际生产需要,若不经退火处理而直接进行锻压,则成形困难、模具容易损坏、挤压件容易产生裂纹,因此在锻压前对坯料进行软化退火处理。机械除鳞一般使用带三角形凹槽的圆轮反覆弯曲盘条,机械除鳞法工作效率高,且减少环境污染,是绿色环保的优良方法,但是机械除鳞法不能完全将残余铁鳞去除,从而需要结合化学酸洗工序来除净所有氧化铁皮,即采用复合除鳞法来保证在氧化铁皮完全去除的情况下,提高工作效率,并减少环境污染,达到综合效益最大化。拉拔工序有两个目的,一是改制原材料的尺寸;二是通过变形强化作用使紧固件获得基本的机械性能,润滑剂可以减轻拔丝机械强度,提高拔丝速度和产品质量,防止拉拔过程中出现横裂纹。冷锻成型同切削加工相比,金属纤维沿产品形状呈连续状,中间无切断,因而提高了产品强度,特别是机械性能优良,通过冷锻使得螺栓基本成型。由滚模压力使螺纹成形,可获得螺纹部分的塑性流线不被切断,强度增加,精度高,质量均一的产品。热处理调质是为了提高紧固件的综合机械性能,以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比,热处理工艺对高强度紧固件尤其是它的内在质量有着至关重要的影响,因此,要想生产出优质的高强度紧固件,必须要进行热处理。通过筛选出合格件,并回火降低其硬度和强度,以提高其延性或韧性,从而获得所需的力学性能,二次检测后,HRC在33-39内为合格件。
进一步的,S2中球化退火温度为800℃±15℃。
通过采用上述技术方案,在800℃±15℃的条件下,该球化温度范围适宜,使得坯料均匀细致地球化。
进一步的,S3剥壳去鳞过程中所用的化学酸洗剂包括如下重量份组分:盐酸15-25份;氧化锌1-10份;羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物25-35份。
通过采用上述技术方案,盐酸是一种强酸,由于大多数金属的盐酸盐易溶于水,因此盐酸的溶垢能力较强,能快速溶解铁锈、铜锈、铝锈、碳酸盐水垢等氧化层,其可去除残留氧化铁皮。但盐酸对不少金属材料有腐蚀性,必须添加合适的缓蚀剂,锌盐是一种阴极性缓蚀剂。由于金属表面腐蚀微电池中阴极区附近溶液中的局部pH值升高,锌离子与氢氧离子生成氢氧化锌沉积在阴极区,抑制了腐蚀过程的阴极反应而起缓蚀作用。锌盐能迅速生成保护膜,且成本低,与其他缓蚀剂联合使用时的效果好。羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物是一种新型的含有磺酸盐的多元聚电解质阻垢分散剂。由于在共聚物的分子链上同时含有强酸、弱酸与非离子基团,分散效果优良,它适用于高温、高 PH 值、高碱条件下使用,且其与锌盐的配伍性能好,从而适宜用于除鳞。
进一步的,所述合格件螺栓外覆有耐腐蚀层,所述耐腐蚀层为Fe-Ni-Cr合金镀层。
通过采用上述技术方案,耐腐蚀层可防止螺栓在苛刻的理化条件下受腐蚀,从而维持螺栓形态和强度。
进一步的,所述耐腐蚀层的镀层步骤如下:S11、利用脉冲电镀仪,在温度25℃,峰值电流密度20A/dm2,电镀时间1h,占空比50%,脉冲频为5 000Hz的条件下为螺栓件镀层。
通过采用上述技术方案,通过该方法可在螺栓间表面均匀镀上一定厚度的Fe-Ni-Cr合金镀层,Fe-Ni-Cr合金镀层耐腐蚀性好,并具有一定强度和耐磨性。
进一步的,所述镀液配方为CrCl3·6H2O 110-130g/L,FeSO4·7H2O 15-20g/L,NiSO4·6H2O 10-20g/L,(NH4)2SO4 140-160g/L,配位剂150-160g/L,抑制剂5-10g/L,稳定剂30-40g/L,表面活性剂0.05-0.1g/L。
通过采用上述技术方案,上述镀液可经脉冲后在螺栓表面覆有平整均匀,胞状结构较为明显的镀层。
进一步的,所述镀液的pH值为1-2。
通过采用上述技术方案,镀液的PH值在1-2间时具有较好的镀层效果。
进一步的,所述表面活性剂选用月桂醇硫酸钠。
通过采用上述技术方案,表面活性剂使得镀液体系的界面状态发生明显变化的物质,加入月桂醇硫酸钠使得镀液中的疏水基和亲水基之间有一定的平衡。
进一步的,所述抑制剂选用硫酸锌。
通过采用上述技术方案,抑制剂是一种用来阻滞或降低化学反应速度的物质,硫酸锌加入可减缓反应速度。
进一步的,所述配位剂为铅盐。
通过采用上述技术方案,配位剂巩固镀液,配合镀液在工件表面再次生成一层致密的保护膜,起到稳定工件表面的防锈时间的作用。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1.通过选材、退火、除鳞、拉拔、冷锻、热处理并筛选回火,最后再次筛选出的螺栓具有高强度的特性;
2.通过在螺栓表面覆上Fe-Ni-Cr合金镀层,其具有耐腐蚀的特性,可防止螺栓在苛刻的理化条件下受腐蚀,从而维持螺栓形态和强度。
具体实施方式
实施例1:
S1、钢材选择:选用35CrMo为坯料,35CrMo合金结构钢有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限,适宜选用制作高强度紧固螺栓,并按照螺栓的规格大小切断下坯料;
S2、球化退火:在钟罩炉内进行等温球化退火,退火温度为785℃,保温时间为8小时,其硬度控制在HB100-120之间,在锻压前退火,以便获得均匀细致的球化珠光体,以更好地满足实际生产需要,若不经退火处理而直接进行锻压,则成形困难、模具容易损坏、挤压件容易产生裂纹;
S3、剥壳除鳞:首先利机械除鳞法,清除大部分的的氧化铁皮;随后利用化学酸洗剂除净所有的氧化铁皮,机械除鳞法工作效率高,且减少环境污染,是绿色环保的优良方法,但是机械除鳞法不能完全将残余铁鳞去除,从而需要结合化学酸洗工序来除净所有氧化铁皮,即采用复合除鳞法来保证在氧化铁皮完全去除的情况下,提高工作效率,并减少环境污染;
S4、拉拔:将坯料从模孔中拉出,以获得所需的相应形状和尺寸,拉拔过程中需要向坯料表面喷涂润滑剂,润滑剂可以减轻拔丝机械强度,提高拔丝速度和产品质量,防止拉拔过程中出现横裂纹;
S5、冷锻成形:利用自动锻压机将坯料分别在几个成型凹模里进行冲压、挤压和缩径,直到成型最后所需螺栓,冷锻成型同切削加工相比,金属纤维沿产品形状呈连续状,中间无切断,因而提高了产品强度,特别是机械性能优良,通过冷锻使得螺栓基本成型;
S6、螺纹加工:使一定直径范围内的螺纹坯料通过滚丝模,由滚模压力使螺纹成形,由滚模压力使螺纹成形,可获得螺纹部分的塑性流线不被切断,强度增加,精度高,质量均一的产品;
S7、热处理:在盐浴炉内对成型件进行淬火,其温度控制在850℃,升温时间10min,保温时间15min,出炉后用油冷却,其冷却温度小于80℃,热处理调质提高了螺栓的综合机械性能,以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比;
S8、检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC不小于50为合格件;
S9、回火:在硝盐炉内对合格件进行回火,35CrMo时,其温度控制在520℃,升温时间为25min,保温时间为50min,出炉后用水雾在室温条件下进行冷却,回火降低其硬度和强度,以提高其延性或韧性,从而获得所需的力学性能;
S10、二次检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC在33-39内为合格件,并按批次进行拉试抽查。
S11、利用脉冲电镀仪,在温度25℃,峰值电流密度20A/dm2,电镀时间1h,占空比50%,脉冲频为5 000Hz的条件下为螺栓镀耐腐蚀层,耐腐蚀层为Fe-Ni-Cr合金镀层。
其中,S3剥壳去鳞过程中所用的化学酸洗剂包括如下重量份组分:盐酸15份;氧化锌1份;羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物25份。镀液配方为CrCl3·6H2O 110g/L,FeSO4·7H2O 15g/L,NiSO4·6H2O 10g/L,(NH4)2SO4 140g/L,配位剂150g/L,抑制剂5g/L,稳定剂30g/L,表面活性剂0.05g/L。镀液的pH值为1,表面活性剂选用月桂醇硫酸钠,抑制剂选用硫酸锌,配位剂为铅盐。
实施例2:
S1、钢材选择:选用35CrMo为坯料,35CrMo合金结构钢有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限,适宜选用制作高强度紧固螺栓,并按照螺栓的规格大小切断下坯料;
S2、球化退火:在钟罩炉内进行等温球化退火,退火温度为800℃,保温时间为10小时,其硬度控制在HB100-120之间,在锻压前退火,以便获得均匀细致的球化珠光体,以更好地满足实际生产需要,若不经退火处理而直接进行锻压,则成形困难、模具容易损坏、挤压件容易产生裂纹;
S3、剥壳除鳞:首先利机械除鳞法,清除大部分的的氧化铁皮;随后利用化学酸洗剂除净所有的氧化铁皮,机械除鳞法工作效率高,且减少环境污染,是绿色环保的优良方法,但是机械除鳞法不能完全将残余铁鳞去除,从而需要结合化学酸洗工序来除净所有氧化铁皮,即采用复合除鳞法来保证在氧化铁皮完全去除的情况下,提高工作效率,并减少环境污染;
S4、拉拔:将坯料从模孔中拉出,以获得所需的相应形状和尺寸,拉拔过程中需要向坯料表面喷涂润滑剂,润滑剂可以减轻拔丝机械强度,提高拔丝速度和产品质量,防止拉拔过程中出现横裂纹;
S5、冷锻成形:利用自动锻压机将坯料分别在几个成型凹模里进行冲压、挤压和缩径,直到成型最后所需螺栓,冷锻成型同切削加工相比,金属纤维沿产品形状呈连续状,中间无切断,因而提高了产品强度,特别是机械性能优良,通过冷锻使得螺栓基本成型;
S6、螺纹加工:使一定直径范围内的螺纹坯料通过滚丝模,由滚模压力使螺纹成形,由滚模压力使螺纹成形,可获得螺纹部分的塑性流线不被切断,强度增加,精度高,质量均一的产品;
S7、热处理: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15min,保温时间20min,出炉后用油冷却,其冷却温度小于80℃,热处理调质提高了螺栓的综合机械性能,以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比;
S8、检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC不小于50为合格件;
S9、回火:在硝盐炉内对合格件进行回火,35CrMo时,其温度控制在530℃,升温时间为30min,保温时间为60min,出炉后用水雾在室温条件下进行冷却,回火降低其硬度和强度,以提高其延性或韧性,从而获得所需的力学性能;
S10、二次检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC在33-39内为合格件,并按批次进行拉试抽查。
S11、利用脉冲电镀仪,在温度25℃,峰值电流密度20A/dm2,电镀时间1h,占空比50%,脉冲频为5 000Hz的条件下为螺栓镀耐腐蚀层,耐腐蚀层为Fe-Ni-Cr合金镀层。
其中,S3剥壳去鳞过程中所用的化学酸洗剂包括如下重量份组分:盐酸20份;氧化锌5份;羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物30份。镀液配方为CrCl3·6H2O130/L,FeSO4·7H2O20g/L,NiSO4·6H2O 18g/L,(NH4)2SO4 150g/L,配位剂160g/L,抑制剂10g/L,稳定剂40g/L,表面活性剂0.06g/L。镀液的pH为1.5,表面活性剂选用月桂醇硫酸钠,抑制剂选用硫酸锌,配位剂为铅盐。
实施例3:
S1、钢材选择:选用35CrMo为坯料,35CrMo合金结构钢有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限,适宜选用制作高强度紧固螺栓,并按照螺栓的规格大小切断下坯料;
S2、球化退火:在钟罩炉内进行等温球化退火,退火温度为815℃,保温时间为12小时,其硬度控制在HB100-120之间,在锻压前退火,以便获得均匀细致的球化珠光体,以更好地满足实际生产需要,若不经退火处理而直接进行锻压,则成形困难、模具容易损坏、挤压件容易产生裂纹;
S3、剥壳除鳞:首先利机械除鳞法,清除大部分的的氧化铁皮;随后利用化学酸洗剂除净所有的氧化铁皮,机械除鳞法工作效率高,且减少环境污染,是绿色环保的优良方法,但是机械除鳞法不能完全将残余铁鳞去除,从而需要结合化学酸洗工序来除净所有氧化铁皮,即采用复合除鳞法来保证在氧化铁皮完全去除的情况下,提高工作效率,并减少环境污染;
S4、拉拔:将坯料从模孔中拉出,以获得所需的相应形状和尺寸,拉拔过程中需要向坯料表面喷涂润滑剂,润滑剂可以减轻拔丝机械强度,提高拔丝速度和产品质量,防止拉拔过程中出现横裂纹;
S5、冷锻成形:利用自动锻压机将坯料分别在几个成型凹模里进行冲压、挤压和缩径,直到成型最后所需螺栓,冷锻成型同切削加工相比,金属纤维沿产品形状呈连续状,中间无切断,因而提高了产品强度,特别是机械性能优良,通过冷锻使得螺栓基本成型;
S6、螺纹加工:使一定直径范围内的螺纹坯料通过滚丝模,由滚模压力使螺纹成形,由滚模压力使螺纹成形,可获得螺纹部分的塑性流线不被切断,强度增加,精度高,质量均一的产品;
S7、热处理: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,出炉后用油冷却,其冷却温度小于80℃,热处理调质提高了螺栓的综合机械性能,以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比;
S8、检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC不小于50为合格件;
S9、回火:在硝盐炉内对合格件进行回火,35CrMo时,其温度控制在540℃,升温时间为35min,保温时间为70min,出炉后用水雾在室温条件下进行冷却,回火降低其硬度和强度,以提高其延性或韧性,从而获得所需的力学性能;
S10、二次检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC在33-39内为合格件,并按批次进行拉试抽查。
S11、利用脉冲电镀仪,在温度25℃,峰值电流密度20A/dm2,电镀时间1h,占空比50%,脉冲频为5 000Hz的条件下为螺栓镀耐腐蚀层,耐腐蚀层为Fe-Ni-Cr合金镀层。
其中,S3剥壳去鳞过程中所用的化学酸洗剂包括如下重量份组分:盐酸25份;氧化锌10份;羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物35份。镀液配方为CrCl3·6H2O 130g/L,FeSO4·7H2O 20g/L,NiSO4·6H2O 20g/L,(NH4)2SO4 160g/L,配位剂160g/L,抑制剂10g/L,稳定剂40g/L,表面活性剂0.1g/L。镀液的pH为2,表面活性剂选用月桂醇硫酸钠,抑制剂选用硫酸锌,配位剂为铅盐。
结果分析:
1、根据GB T 3098.1-2000《碳钢和合金钢制造的紧固件机械性能 第一部分:螺栓、螺钉和螺柱》对成品螺栓进行检测,具体检测结果如下:
序号 | 抗拉强度Mpa | 屈服强度Mpa | 维氏强度HV | 洛氏硬度HRC |
实施例1 | ≥1586 | ≥1374 | 461 | 37 |
实施例2 | ≥1593 | ≥1381 | 467 | 35 |
实施例3 | ≥1590 | ≥1377 | 466 | 34 |
2、分别在PH小于3的酸性溶液和PH大于8的碱性溶液中浸泡各实施例的螺栓,浸泡时间为7天和30天,检测其腐蚀率,结果如下:
序号 | 酸性溶液7天 | 酸性溶液30天 | 碱性溶液7天 | 碱性溶液30天 |
实施例1 | ≤0.1% | ≤0.1% | ≤0.1% | ≤0.1% |
实施例2 | ≤0.1% | ≤0.1% | ≤0.1% | ≤0.1% |
实施例3 | ≤0.1% | ≤0.1% | ≤0.1% | ≤0.1% |
通过上述检测结果可知,按本发明工艺制备的紧固螺栓具有高强度和耐腐蚀的优点,符合并优于一般标准。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:包括如下步骤:
S1、钢材选择:选用35CrMo为坯料,并按照螺栓的规格大小切断下坯料;
S2、球化退火:在钟罩炉内进行等温球化退火,保温时间为8-12小时,其硬度控制在HB100-120之间;
S3、剥壳除鳞:首先利机械除鳞法,清除大部分的的氧化铁皮;随后利用化学酸洗剂除净所有的氧化铁皮;
S4、拉拔:将坯料从模孔中拉出,以获得所需的相应形状和尺寸,拉拔过程中需要向坯料表面喷涂润滑剂;
S5、冷锻成形:利用自动锻压机将坯料分别在几个成型凹模里进行冲压、挤压和缩径,直到成型最后所需螺栓;
S6、螺纹加工:使一定直径范围内的螺纹坯料通过滚丝模,由滚模压力使螺纹成形;
S7、热处理: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,出炉后用油冷却,其冷却温度小于80℃;
S8、检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC不小于50为合格件;
S9、回火:在硝盐炉内对合格件进行回火,35CrMo时,其温度控制在530℃±10℃,升温时间为25min-35min,保温时间为50min-70min,出炉后用水雾在室温条件下进行冷却;
S10、二次检测:用HR-150A洛式硬度计对其进行检验,以HRC在33-39内为合格件,并按批次进行拉试抽查。
2.根据权利要求1所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:S2中球化退火温度为800℃±15℃。
3.根据权利要求2所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:S3剥壳去鳞过程中所用的化学酸洗剂包括如下重量份组分:盐酸15-25份;氧化锌1-10份;羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物25-35份。
4.根据权利要求3所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:所述合格件螺栓外覆有耐腐蚀层,所述耐腐蚀层为Fe-Ni-Cr合金镀层。
5.根据权利要求4所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:所述耐腐蚀层的镀层步骤如下:S11、利用脉冲电镀仪,在温度25℃,峰值电流密度20A/dm2,电镀时间1h,占空比50%,脉冲频为5 000Hz的条件下为螺栓件镀层。
6.根据权利要求5所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:所述镀液配方为CrCl3·6H2O 110-130g/L,FeSO4·7H2O 15-20g/L,NiSO4·6H2O 10-20g/L,(NH4)2SO4 140-160g/L,配位剂150-160g/L,抑制剂5-10g/L,稳定剂30-40g/L,表面活性剂0.05-0.1g/L。
7.根据权利要求6所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:所述镀液的pH值为1-2。
8.根据权利要求6所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:所述表面活性剂选用月桂醇硫酸钠。
9.根据权利要求6所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:所述抑制剂选用硫酸锌。
10.根据权利要求6所述的一种高强紧固螺栓的生产工艺,其特征在于:所述配位剂为铅盐。
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