CN111590005A - 一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部；接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为40‑45mm，完全成型的螺栓头部的高度为15‑20mm；将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型，再进行调质处理，表面处理得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
Description
技术领域
本发明涉及紧固件加工技术领域，尤其涉及一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺。
背景技术
冷镦工艺做为紧固件加工的首选工艺，尤其是螺栓的加工，具有生产率高、材料利用率高、表面质量和内在质量高、金属流线连贯合理等特点。
现有技术中，螺栓在使用过程中，常因螺栓耐候性差，抗延迟断裂的问题而导致失效或破坏，从而影响螺栓的使用寿命，甚至带来更严重的安全隐患。尤其是在环境条件比较苛刻的场合，对螺栓的防护提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺。
一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部；接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为40-45mm，完全成型的螺栓头部的高度为15-20mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型，再进行调质处理，然后表面处理得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
优选地，S2中，将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形。
优选地，S2中，初步形成的螺栓头部的宽度为35-40mm，初步形成的螺栓头部的高度为20-25mm。
优选地，S3中，调质处理具体操作如下：将预成型螺栓阶梯升温至850-870℃，保温20-40min；降温至510-520℃，保温50-70min，空冷。
优选地，S3中，将预成型螺栓从室温升温至250-270℃，保温10-20min，继续升温至850-870℃，保温20-40min；降温至700-710℃，继续降温至510-520℃，保温50-70min；继续降温至200-210℃，保温20-30min，空冷。
优选地，S3中，由室温升温至250-270℃的过程中，升温速度为2-5℃/min。
优选地，S3中，由850-870℃降温至700-710℃的过程中，降温速度为6-8℃/min。
优选地，S3中，由700-710℃降温至510-520℃的过程中，降温速度为4-5℃/min。
优选地，S3中，由510-520℃降温至200-210℃的过程中，降温速度为1-2℃/min。
优选地，S3中，表面处理为电镀处理和/或磷化处理。
本发明的技术效果如下所示：
(1)本发明的高强度螺栓加工方法，采用冷镦工艺加工螺栓，提高了螺栓的强度，解决了高强度下螺栓的耐候与延迟断裂、疲劳断裂的问题，并达到了14.99级高强度螺栓的强度，在使用中连接可靠，不易折断，提高了螺栓寿命；
(2)本发明的调质处理过程中，通过将预成型螺栓采用特定方式阶梯升温，可降低金属内部缺陷，金属内部均一性高，螺栓抗延迟断裂效果好；而程序降温过程，可促使螺栓内部具有较好的无间隙、致密度高的内部结构，而无气孔的螺栓表面，有效提高了螺栓工件的耐候、耐腐蚀性能；
(3)本发明所得高强度螺栓相比普通螺栓，不仅经过二次冷镦处理，而且配合调质处理和表面处理，突破了传统热处理极限，强度与韧性极高，可有效降低金属内缺陷，达到极好的耐候、抗延迟断裂的效果；
(4)本发明工艺简单，提高了产量缩短了生产周期，操作简便，生产效率高，而且所得螺栓使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形，初步形成的螺栓头部的宽度为35mm，初步形成的螺栓头部的高度为25mm；
接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为40mm，完全成型的螺栓头部的高度为20mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型；
将预成型螺栓放入煅烧炉中阶梯升温，从室温以2℃/min的速度升温至270℃，保温10min，继续升温至870℃，保温20min；
接着以8℃/min的速度降温至700℃，调整以5℃/min的速度继续降温至510℃，保温70min；调整以1℃/min的速度继续降温至210℃，保温20min，空冷；
然后磷化处理得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
实施例2
一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形，初步形成的螺栓头部的宽度为40mm，初步形成的螺栓头部的高度为20mm；
接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为45mm，完全成型的螺栓头部的高度为15mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型；
将预成型螺栓放入煅烧炉中阶梯升温，从室温以5℃/min的速度升温至250℃，保温20min，继续升温至850℃，保温40min；
接着以6℃/min的速度降温至710℃，调整以4℃/min的速度继续降温至520℃，保温50min；调整以2℃/min的速度继续降温至200℃，保温30min，空冷；
然后磷化处理得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
实施例3
一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形，初步形成的螺栓头部的宽度为36mm，初步形成的螺栓头部的高度为24mm；
接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为42mm，完全成型的螺栓头部的高度为18mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型；
将预成型螺栓放入煅烧炉中阶梯升温，从室温以3℃/min的速度升温至265℃，保温12min，继续升温至865℃，保温25min；
接着以7.5℃/min的速度降温至702℃，调整以5.5℃/min的速度继续降温至512℃，保温65min；调整以1.3℃/min的速度继续降温至208℃，保温22min，空冷；
然后电镀处理得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
实施例4
一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形，初步形成的螺栓头部的宽度为38mm，初步形成的螺栓头部的高度为22mm；
接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为44mm，完全成型的螺栓头部的高度为16mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型；
将预成型螺栓放入煅烧炉中阶梯升温，从室温以4℃/min的速度升温至255℃，保温18min，继续升温至855℃，保温35min；
接着以6.5℃/min的速度降温至708℃，调整以4.5℃/min的速度继续降温至518℃，保温55min；调整以1.7℃/min的速度继续降温至202℃，保温28min，空冷；
然后电镀处理得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
实施例5
一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形，初步形成的螺栓头部的宽度为37mm，初步形成的螺栓头部的高度为23mm；
接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为43mm，完全成型的螺栓头部的高度为17mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型；
将预成型螺栓放入煅烧炉中阶梯升温，从室温以3.5℃/min的速度升温至260℃，保温15min，继续升温至860℃，保温30min；
接着以7℃/min的速度降温至705℃，调整以5℃/min的速度继续降温至515℃，保温60min；调整以1.5℃/min的速度继续降温至205℃，保温25min，空冷；
然后电镀处理得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
对比例
一种高强度螺栓冷镦成型工艺，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形，初步形成的螺栓头部的宽度为37mm，初步形成的螺栓头部的高度为23mm；
接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为43mm，完全成型的螺栓头部的高度为17mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型；然后电镀处理得到高强度螺栓。
采用购自江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司的低碳合金钢(15MnCrNiCu)作为螺栓材质，其组分如下：C：0.13-0.16％，Si：0.13-0.25％，Mn：0.47-0.60％，Cr：0.80-0.95％，Ni：0.25-0.35％，Cu：0.20-0.25％，Al：0.010-0.020％，P≤0.025％，S≤0.025％，其中Ni、Cr、Cu之和为1.25-1.55％。
上述15MnCrNiCu在热轧状态时起力学性能如下：屈服点≥310Mpa，伸长率≥20％。
分别采用实施例3-5工艺和对比例工艺进行生产，各组设立3个重复，然后对各组所得螺栓的机械性能进行检测，抗拉强度、屈服强度、断后延伸率和断面伸缩率参照《GB/T3098.1-2010紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》，而参考ISO/FDIS 16573：2014(E)《高强钢抗氢致延迟断裂性能试验评价方法》进行恒载荷缺口拉伸试验，试样采用与螺栓相同的热处理工艺。试验中，溶液为pH＝3.5±0.5的Walpole(浓盐酸+无水乙酸钠+去离子水或蒸馏水)缓蚀液，根据试样发生断裂的最小应力σf及规定时间(200h)内不发生断裂的最大应力σn，定义缺口拉伸临界应力σc按如下公式计算：
σc＝(σf+σn)/2
考虑到试验值与实际值的误差小于10％，因此σc、σf、σn要满足如下公式：σf-σn≤0.2σc，由于试样自身抗拉强度的不同，采用σc/Rm比值作为抗延迟断裂性能评价方法，其中Rm为试样的室温拉伸抗拉强度；在实验结果应满足以下技术要求：恒载荷缺口拉伸临界应力σc不小于1700MPa，且σc/Rm≥1.55，其中Rm为螺栓标准拉伸试验抗拉强度值。
其各组平均值如下：
参考TB/T 2375-1993《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》进行模拟工业大气环境的周期浸润加速腐蚀试验。相关试验参数如下：溶液采用0.01mol/L NaHSO3，pH值为4.4～4.8；试验温度为45±2℃；试验湿度为70±5％RH，循环周期为60±3min，其中浸润时间为12±1.5min；试验分为4个周期，分别是24h、48h、76h、96h。试验结果应满足以下技术要求：经过96h干湿交替加速腐蚀试验后，挂片试样腐蚀速率低于0.600g/m2·h。
| 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 | |
| 24h腐蚀速率，g/m<sup>2</sup>·h | 0.922 | 0.929 | 0.903 | 0.972 |
| 48h腐蚀速率，g/m<sup>2</sup>·h | 0.710 | 0.736 | 0.701 | 0.814 |
| 72h腐蚀速率，g/m<sup>2</sup>·h | 0.611 | 0.621 | 0.611 | 0.693 |
| 96h腐蚀速率，g/m<sup>2</sup>·h | 0.523 | 0.535 | 0.515 | 0.598 |
由上述结果可知：采用本发明工艺所得螺栓不仅经过二次冷镦处理，而且配合调质处理和表面处理，突破了传统热处理极限，强度与韧性极高，可有效降低金属内缺陷，达到极好的耐候、抗延迟断裂的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将盘圆原材料进行断料，得到螺栓成型用金属圆棒，金属圆棒包括头部圆棒与杆部圆棒；
S2、将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部；接着进行二次冷镦，使螺栓头部完全成型，完全成型的螺栓头部的宽度为40-45mm，完全成型的螺栓头部的高度为15-20mm；
S3、将S3的产物的杆部尾端进行倒角、杆部缩杆及切边成型，再依次进行调质处理、表面处理，得到耐候抗延迟断裂高强度螺栓。
2.根据权利要求1所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S2中，将金属圆棒进行初次冷镦使圆棒一端初步形成螺栓头部，初步形成的螺栓头部的径向截面呈六边形。
3.根据权利要求2所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S2中，初步形成的螺栓头部的宽度为35-40mm，初步形成的螺栓头部的高度为20-25mm。
4.根据权利要求1所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S3中，调质处理具体操作如下：将预成型螺栓阶梯升温至850-870℃，保温20-40min；降温至510-520℃，保温50-70min，空冷。
5.根据权利要求1所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S3中，将预成型螺栓从室温升温至250-270℃，保温10-20min，继续升温至850-870℃，保温20-40min；降温至700-710℃，继续降温至510-520℃，保温50-70min；继续降温至200-210℃，保温20-30min，空冷。
6.根据权利要求5所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S3中，由室温升温至250-270℃的过程中，升温速度为2-5℃/min。
7.根据权利要求5所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S3中，由850-870℃降温至700-710℃的过程中，降温速度为6-8℃/min。
8.根据权利要求5所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S3中，由700-710℃降温至510-520℃的过程中，降温速度为4-5℃/min。
9.根据权利要求5所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S3中，由510-520℃降温至200-210℃的过程中，降温速度为1-2℃/min。
10.根据权利要求1所述耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺，其特征在于，S3中，表面处理为电镀处理和/或磷化处理。
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| CN202010314489.5A CN111590005A (zh) | 2020-04-21 | 2020-04-21 | 一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺 |
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| CN202010314489.5A CN111590005A (zh) | 2020-04-21 | 2020-04-21 | 一种耐候抗延迟断裂高强度螺栓冷镦成型工艺 |
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| CN (1) | CN111590005A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113399950A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-09-17 | 安徽长江紧固件有限责任公司 | 一种预加载荷校准应力大六角高强螺栓生产工艺 |
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2020
- 2020-04-21 CN CN202010314489.5A patent/CN111590005A/zh not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113399950A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-09-17 | 安徽长江紧固件有限责任公司 | 一种预加载荷校准应力大六角高强螺栓生产工艺 |
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