CN118128816A - 一种高强度大六角头螺栓及加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,涉及钢结构连接件加工的技术领域,该高强度大六角头螺栓,包括六角头部,六角头部的外表面全方位包覆有用于结构加固的复合材料加固涂层,复合材料加固涂层喷涂在六角头部外表面,并通过加热处理使复合材料加固涂层粘附于六角头部的外表面并形成包覆。本发明具有提高大六角头螺栓的抗疲劳性的作用。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构连接件加工的技术领域,尤其是涉及一种高强度大六角头螺栓及加工工艺。
背景技术
高强度大六角头螺栓是一种具有高强度和大尺寸的螺栓,通常用于连接钢结构、机械设备、桥梁等工程中需要承受高载荷的部件。这种螺栓一般采用优质合金钢制造,具有较高的抗拉强度和抗剪强度,能够承受较大的拉伸力和剪切力。
但是,现有的大六角头螺栓六角头部在拧紧的过程中会发生疲劳变形。这种疲劳变形会导致螺栓头部的形状变得不规则,甚至出现裂纹,严重时可能影响螺栓的整体性能和使用寿命,因此,为了提高大六角头螺栓的抗疲劳性,提出一种高强度大六角头螺栓及加工工艺以解决上述技术问题。
发明内容
本申请提供一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,具有提高大六角头螺栓的抗疲劳性的作用。
本申请提供的一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,采用如下的技术方案:
一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,其中,该高强度大六角头螺栓,包括六角头部,所述六角头部的外表面全方位包覆有用于结构加固的复合材料加固涂层,所述复合材料加固涂层喷涂在六角头部外表面,并通过加热处理使复合材料加固涂层粘附于六角头部的外表面并形成包覆。
通过采用上述技术方案,通过将复合材料加固涂层喷涂在螺栓的六角头部外表面,并经过加热处理,使复合材料加固涂层与螺栓的六角头部外表面粘合形成包覆层,复合材料加固涂层用于结构加固;可以有效减缓螺栓材料的疲劳开裂和断裂,提高其抗疲劳性能。
优选的,还包括螺杆,所述螺杆和六角头部之间一体化成型。
通过采用上述技术方案,通过一体化成型,可以提高螺杆和六角头部之间的连接强度,减少松动和脱落的风险,从而提升整体结构的稳定性和强度。
优选的,所述复合材料加固涂层为碳纤维纺丝、超高分子量聚乙烯纤维和高强度聚合物纤维中的一种或多种混合。
通过采用上述技术方案,碳纤维纺丝具有极高的强度和刚度,能够提高涂层的抗拉强度和耐磨性;超高分子量聚乙烯纤维具有出色的耐磨性和耐化学性,能够增强涂层的耐用性;高强度聚合物纤维具有良好的韧性和抗冲击性,可以提高涂层的强度和耐久性;因此,采用碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维和高强度聚合物纤维混合的复合材料加固涂层在提高强度、耐磨性和耐化学性等方面具有明显优势。
优选的,所述包覆为网状结构。
通过采用上述技术方案,网状结构的包覆能够有效吸收和分散冲击力,降低外部冲击对涂层的损害程度,提高涂层的耐冲击性,且网状结构的包覆能够增加碳纤维与六角头部之间的接触面积,提高涂层的附着力,减少涂层脱落的风险。
优选的,所述六角头部的外表面经磨砂处理后形成坑洼部。
通过采用上述技术方案,坑洼部可以提供更多的结构粗糙度,在加热喷涂过程中,碳纤维能更好地填充坑洼部,形成机械锚固效应,增加碳纤维与六角头部的附着力,而且坑洼部可以提供更多的固定点,增加碳纤维与六角头部之间的接触面积,增强复合材料加固涂层的稳定性和耐久性。
优选的,该高强度大六角头螺栓的加工工艺,其加工步骤包括:
S1:原料预处理;
对原料分别进行一次酸洗、球化退火、二次酸洗和磷化处理,并获得预处理原料;
S2:整径;
对所述预处理原料进行抽线,以使所述预处理原料的收缩,并获得长条状钢条;
S3:冷镦、搓牙;
将所述长条状钢条切断至大六角头螺栓所需的长度,在常温下放入模具型腔内,通过镦锻形成所需的六角头部尺寸,并通过牙板挤压形成螺杆,以获得初成型的大六角头螺栓;
S4:热处理;
将初成型的大六角头螺栓在1030℃±10℃下,用淬火油进行淬火,然后在600℃下进行2H回火,并获得热处理后的大六角头螺栓;
S5:表面处理;
将热处理后的大六角头螺栓经过磨砂处理后,使热处理后的大六角头螺栓的表面产生坑洼部,以形成表面磨砂状的大六角头螺栓;
S6:纺丝喷涂;
将碳纤维布经过纺丝喷涂技术喷涂到表面磨砂状的大六角头螺栓表面,反复压实并进行多次涂覆碳纤维,进行干燥处理,获得干燥后的大六角头螺栓;
S7:高温处理;
对干燥后的大六角头螺栓分别进行预热处理、真空处理以及高温处理,最终获得包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓;
S8:保温、冷却;
将包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓,进行保温和冷却,并获得所述高强度大六角头螺栓;S9:质量检验;
对处理后的高强度大六角头螺栓进行质量检验,测试抗疲劳性能。
通过采用上述技术方案,该高强度大六角头螺栓的加工工艺,依次通过原料预处理、整径、冷镦、搓牙、热处理、表面处理、纺丝喷涂、高温处理、保温、冷却和质量检验的工艺操作,生产出具有高强度、耐腐蚀、粘附强度好的大六角头螺栓,提高了产品的可靠性和使用寿命,通过该加工工艺可生产出具有高强度、耐腐蚀、粘附强度好的大六角头螺栓,提高了产品的可靠性和使用寿命。
优选的,在S1中,所述原料为SAE4135、AISI4135或ASTM4135。
通过采用上述技术方案,SAE4135、AISI4135或ASTM4135都属于中碳合金钢,具有较高的强度、硬度和耐磨性,适合用于制造要求高强度的螺栓,且具有良好的热处理性能,通过淬火和回火等热处理工艺可以调节其组织和性能,提高材料的强度和硬度;这些材料经过预处理后,较好的耐磨性和耐腐蚀性能,能够提高大六角头螺栓的使用寿命。
优选的,在S5中,表面磨砂状的大六角头螺栓的Ra数值范围为6μm-13μm。
通过采用上述技术方案,表面磨砂处理使大六角头螺栓的Ra数值范围为6μm-13μm,有利于润滑涂层的附着,提高大六角头螺栓的使用效果。
优选的,在S7中,高温处理的温度范围为250℃-350℃。
通过采用上述技术方案,在采用温度范围为250℃-350℃的高温处理过程中,碳纤维会与中碳合金钢表面的粘结剂发生化学反应,从而形成牢固的粘附结合,确保碳纤维包覆在合金钢表面的稳定性和耐久性。
优选的,在S7中,预热处理的温度为160℃。
通过采用上述技术方案,对干燥后的大六角头螺栓进行160℃的预热处理,能有效的去除残留的水分和挥发性物质。
综上所述,本申请具有以下有益效果:
1.该高强度大六角头螺栓,通过将复合材料加固涂层喷涂在螺栓的六角头部外表面,并经过加热处理,使复合材料加固涂层与螺栓的六角头部外表面粘合形成包覆层,复合材料加固涂层用于结构加固;可以有效减缓螺栓材料的疲劳开裂和断裂,提高其抗疲劳性能;
2.该高强度大六角头螺栓的加工工艺,依次通过原料预处理、整径、冷镦、搓牙、热处理、表面处理、纺丝喷涂、高温处理、保温、冷却和质量检验的工艺操作,生产出具有高强度、耐腐蚀、粘附强度好的大六角头螺栓,提高了产品的可靠性和使用寿命;通过该加工工艺可生产出具有高强度、耐腐蚀、粘附强度好的大六角头螺栓,提高了产品的可靠性和使用寿命。
附图说明
图1是实施例1中高强度大六角头螺栓的整体结构示意图;
图2是实施例1、实施例2、对比例3中的六角头部的局部结构示意图;
图3是实施例2中高强度大六角头螺栓的整体结构示意图;
图4是对比例1中高强度大六角头螺栓的整体结构示意图;
图5是对比例3中高强度大六角头螺栓的整体结构示意图;
附图标记说明:1、六角头部;2、螺杆;3、复合材料加固涂层;4、坑洼部。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述,有必要在此指出的是,以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明,不能理解为对本申请保护范围的限制,该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本发明公开一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,如图1所示,其中,该实施例中高强度大六角头螺栓为DIN933的M14全螺纹六角头螺栓,该高强度大六角头螺栓,包括六角头部1和螺杆2,六角头部1和螺杆2一体化成型,六角头部1的外表面全方位包覆有复合材料加固涂层3,复合材料加固涂层3由碳纤维纺丝喷涂在六角头部1外表面,利用碳纤维的高强度、高刚度和轻质特点,通过将碳纤维纺丝喷涂在螺栓表面上;并通过加热处理使碳纤维粘附于六角头部1的外表面并形成网状的包覆;网状的包覆覆盖在六角头部1上,能够提供均匀的支撑和保护,增强六角头部1的整体结构强度,提高大六角头螺栓的承载能力;另外,网状包覆形成一层坚固的保护层,可以有效减少外界磨损和摩擦,延长大六角头螺栓的使用寿命。
如图2所示,值得进一步说明的是,六角头部1的外表面经磨砂处理后形成坑洼部4;坑洼部4可以提供更多的结构粗糙度,在加热喷涂过程中,碳纤维能更好地填充坑洼部4,形成机械锚固效应,增加碳纤维与六角头部1之间的附着力,而且坑洼部4可以提供更多的固定点,增加碳纤维与六角头部1之间的接触面积,增强复合材料加固涂层3的稳定性和耐久性。
该实施例中高强度大六角头螺栓的加工工艺,其加工步骤包括:
S1:原料预处理:
取SAE4135的中碳合金钢作为原料,对原料进行一次酸洗,以去除原料表面的锈迹,避免球化退火后脱碳。
然后利用球化炉对一次酸洗后的原料做球化退火处理,原料经800℃均温并在11H后缓慢冷却,达到6-7级球化组织,硬度为HRB83°±5之间,降低材料硬度,提高塑性及韧性,为冷镦成型提供良好的可塑性,也有利于后续热处理淬火需要,便于后续抽线需要。
再对球化退火处理后的原料进行二次酸洗,采用8%浓度的稀盐酸脱离氧化层,减少了线材氧脱现象;将表面的氧化物剥离,使线材表面清洁,减少抽线摩擦力。
最后对二次酸洗后的原料进行磷化处理并获得预处理原料;磷化采用磷酸锌磷钙和硬质锌钙油脂两种原料有机结合,同线材反应成良好润滑层皮膜,保证良好的润滑性、大大提高了轴线和成型时线材的可塑性,保证螺栓成型表面质量及模具寿命。
S2:整径:
使用抽线设备对预处理原料进行抽线,以使预处理原料的收缩,并获得线径为14mm的长条状钢条。
S3:冷镦、搓牙:
将长条状钢条切断至大六角头螺栓所需的长度,在常温下放入模具型腔内,通过镦锻形成所需的六角头部1尺寸,通过对应牙板对光钉的挤压,生成高饱和度的不同精度等级的螺栓牙型,增加了螺纹的抗剪力和抗疲劳强度,通过牙板挤压形成螺杆2,以获得初成型的大六角头螺栓。
S4:热处理:
将初成型的大六角头螺栓在1030℃下用淬火油进行淬火处理,待淬火70min后,淬火硬度达到58HRC;然后在600℃下进行2H回火,并获得热处理后的大六角头螺栓。
值得说明的是,回火后硬度40-42HRC,趋于12.9级硬度范围中间值,因此,通过淬火,回火处理,使螺栓达到标准所要求的机械性能、抗拉强度、硬度值、伸长率及端面的收缩率。
S5:表面处理;
利用喷砂机对热处理后的大六角头螺栓进行表面磨砂处理,经过磨砂处理后,使热处理后的大六角头螺栓的表面产生微小的坑洼和凹凸并形成坑洼部4,以形成表面磨砂状且Ra数值范围为6μm-13μm的大六角头螺栓。
S6:纺丝喷涂;
在表面磨砂状的大六角头螺栓的外表面上涂覆粘结剂,粘结剂有助于碳纤维与六角头部1表面的粘附,将碳纤维纺丝通过喷涂施加到表面磨砂状的大六角头螺栓六角头部1外表面,并确保碳纤维均匀地覆盖在表面上,对碳纤维进行轻微的压实,使碳纤维与粘结剂和六角头部1表面良好结合,并多次重复涂覆碳纤维,直至达到所需的包覆厚度和网状结构,然后进行干燥处理,获得干燥后的大六角头螺栓。
S7:高温处理;
对干燥后的大六角头螺栓进行160℃的预热处理,以去除残留的水分和挥发性物质,然后再放入真空炉内,通过真空处理将空气抽出,减少氧气对工件的影响;最后置于高温炉内,进行300℃下的高温处理,最终获得包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓。
S8:保温、冷却;
将包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓,进行2-3H的保温,确保碳纤维与合金钢表面充分结合;待保温完毕后,让包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓缓慢冷却至室温,并获得高强度大六角头螺栓。
S9:质量检验;
对处理后的高强度大六角头螺栓进行质量检验,测试抗疲劳性能。
实施例2
本发明公开一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,如图3所示,其中,该实施例中高强度大六角头螺栓为DIN933的M14全螺纹六角头螺栓,该高强度大六角头螺栓,包括六角头部1和螺杆2,六角头部1和螺杆2一体化成型,六角头部1的外圈表面包覆有复合材料加固涂层3,复合材料加固涂层3由碳纤维纺丝喷涂在六角头部1外圈表面,利用碳纤维的高强度、高刚度和轻质特点,通过将碳纤维纺丝喷涂在螺栓表面上;并通过加热处理使碳纤维粘附于六角头部1的外圈表面并形成网状的包覆;网状的包覆覆盖在六角头部1上,能够提供均匀的支撑和保护,增强六角头部1的整体结构强度,提高大六角头螺栓的承载能力;另外,网状包覆形成一层坚固的保护层,可以有效减少外界磨损和摩擦,延长大六角头螺栓的使用寿命。
如图2所示,值得进一步说明的是,六角头部1的外圈表面经磨砂处理后形成坑洼部4;坑洼部4可以提供更多的结构粗糙度,在加热喷涂过程中,碳纤维能更好地填充坑洼部4,形成机械锚固效应,增加碳纤维与六角头部1之间的附着力,而且坑洼部4可以提供更多的固定点,增加碳纤维与六角头部1之间的接触面积,增强复合材料加固涂层3的稳定性和耐久性。
该实施例中高强度大六角头螺栓的加工工艺,其加工步骤包括:
S1:原料预处理:
取SAE4135的中碳合金钢作为原料,对原料进行一次酸洗,以去除原料表面的锈迹,避免球化退火后脱碳。
然后利用球化炉对一次酸洗后的原料做球化退火处理,原料经800℃均温并在11H后缓慢冷却,达到6-7级球化组织,硬度为HRB83°±5之间,降低材料硬度,提高塑性及韧性,为冷镦成型提供良好的可塑性,也有利于后续热处理淬火需要,便于后续抽线需要。
再对球化退火处理后的原料进行二次酸洗,采用8%浓度的稀盐酸脱离氧化层,减少了线材氧脱现象;将表面的氧化物剥离,使线材表面清洁,减少抽线摩擦力。
最后对二次酸洗后的原料进行磷化处理并获得预处理原料;磷化采用磷酸锌磷钙和硬质锌钙油脂两种原料有机结合,同线材反应成良好润滑层皮膜,保证良好的润滑性、大大提高了轴线和成型时线材的可塑性,保证螺栓成型表面质量及模具寿命。
S2:整径:
使用抽线设备对预处理原料进行抽线,以使预处理原料的收缩,并获得线径为14mm的长条状钢条。
S3:冷镦、搓牙:
将长条状钢条切断至大六角头螺栓所需的长度,在常温下放入模具型腔内,通过镦锻形成所需的六角头部1尺寸,通过对应牙板对光钉的挤压,生成高饱和度的不同精度等级的螺栓牙型,增加了螺纹的抗剪力和抗疲劳强度,通过牙板挤压形成螺杆2,以获得初成型的大六角头螺栓。
S4:热处理:
将初成型的大六角头螺栓在1030℃下用淬火油进行淬火处理,待淬火70min后,淬火硬度达到58HRC;然后在600℃下进行2H回火,并获得热处理后的大六角头螺栓。
值得说明的是,回火后硬度40-42HRC,趋于12.9级硬度范围中间值,因此,通过淬火,回火处理,使螺栓达到标准所要求的机械性能、抗拉强度、硬度值、伸长率及端面的收缩率。
S5:表面处理;
利用喷砂机对热处理后的大六角头螺栓的外圈表面进行表面磨砂处理,经过磨砂处理后,使热处理后的大六角头螺栓的外圈表面产生微小的坑洼和凹凸并形成坑洼部4,以形成表面磨砂状且Ra数值范围为6μm-13μm的大六角头螺栓。
S6:纺丝喷涂;
在表面磨砂状的大六角头螺栓的外圈表面上涂覆粘结剂,粘结剂有助于碳纤维与六角头部1表面的粘附,将碳纤维纺丝通过喷涂施加到表面磨砂状的大六角头螺栓六角头部1外圈表面,并确保碳纤维均匀地覆盖在表面上,对碳纤维进行轻微的压实,使碳纤维与粘结剂和六角头部1表面良好结合,并多次重复涂覆碳纤维,直至达到所需的包覆厚度和网状结构,然后进行干燥处理,获得干燥后的大六角头螺栓。
S7:高温处理;
对干燥后的大六角头螺栓进行160℃的预热处理,以去除残留的水分和挥发性物质,然后再放入真空炉内,通过真空处理将空气抽出,减少氧气对工件的影响;最后置于高温炉内,进行300℃下的高温处理,最终获得包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓。
S8:保温、冷却;
将包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓,进行2-3H的保温,确保碳纤维与合金钢表面充分结合;待保温完毕后,让包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓缓慢冷却至室温,并获得高强度大六角头螺栓。
S9:质量检验;
对处理后的高强度大六角头螺栓进行质量检验,测试抗疲劳性能。
对比例1
本发明公开一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,如图4所示,其中,该实施例中高强度大六角头螺栓为DIN933的M14全螺纹六角头螺栓,该高强度大六角头螺栓,包括六角头部1和螺杆2,六角头部1和螺杆2一体化成型。
该实施例中高强度大六角头螺栓的加工工艺,其加工步骤包括:
S1:原料预处理:
取SAE4135的中碳合金钢作为原料,对原料进行一次酸洗,以去除原料表面的锈迹,避免球化退火后脱碳。
然后利用球化炉对一次酸洗后的原料做球化退火处理,原料经800℃均温并在11H后缓慢冷却,达到6-7级球化组织,硬度为HRB83°±5之间,降低材料硬度,提高塑性及韧性,为冷镦成型提供良好的可塑性,也有利于后续热处理淬火需要,便于后续抽线需要。
再对球化退火处理后的原料进行二次酸洗,采用8%浓度的稀盐酸脱离氧化层,减少了线材氧脱现象;将表面的氧化物剥离,使线材表面清洁,减少抽线摩擦力。
最后对二次酸洗后的原料进行磷化处理并获得预处理原料;磷化采用磷酸锌磷钙和硬质锌钙油脂两种原料有机结合,同线材反应成良好润滑层皮膜,保证良好的润滑性、大大提高了轴线和成型时线材的可塑性,保证螺栓成型表面质量及模具寿命。
S2:整径:
使用抽线设备对预处理原料进行抽线,以使预处理原料的收缩,并获得线径为14mm的长条状钢条。
S3:冷镦、搓牙:
将长条状钢条切断至大六角头螺栓所需的长度,在常温下放入模具型腔内,通过镦锻形成所需的六角头部1尺寸,通过对应牙板对光钉的挤压,生成高饱和度的不同精度等级的螺栓牙型,增加了螺纹的抗剪力和抗疲劳强度,通过牙板挤压形成螺杆2,以获得初成型的大六角头螺栓。
S4:热处理:
将初成型的大六角头螺栓在1030℃下用淬火油进行淬火处理,待淬火70min后,淬火硬度达到58HRC;然后在600℃下进行2H回火,并获得热处理后的大六角头螺栓。
值得说明的是,回火后硬度40-42HRC,趋于12.9级硬度范围中间值,因此,通过淬火,回火处理,使螺栓达到标准所要求的机械性能、抗拉强度、硬度值、伸长率及端面的收缩率。
S5:质量检验;
对热处理后的大六角头螺栓进行质量检验,质量检验合格后,将成品包装入库。
对比例2
本发明公开一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,如图1所示,其中,该实施例中高强度大六角头螺栓为DIN933的M14全螺纹六角头螺栓,该高强度大六角头螺栓,包括六角头部1和螺杆2,六角头部1和螺杆2一体化成型,六角头部1的外表面全方位包覆有复合材料加固涂层3,复合材料加固涂层3由碳纤维纺丝喷涂在六角头部1外表面,利用碳纤维的高强度、高刚度和轻质特点,通过将碳纤维纺丝喷涂在螺栓表面上;并通过加热处理使碳纤维粘附于六角头部1的外表面并形成网状的包覆;网状的包覆覆盖在六角头部1上,能够提供均匀的支撑和保护,增强六角头部1的整体结构强度,提高大六角头螺栓的承载能力;另外,网状包覆形成一层坚固的保护层,可以有效减少外界磨损和摩擦,延长大六角头螺栓的使用寿命。
该实施例中高强度大六角头螺栓的加工工艺,其加工步骤包括:
S1:原料预处理:
取SAE4135的中碳合金钢作为原料,对原料进行一次酸洗,以去除原料表面的锈迹,避免球化退火后脱碳。
然后利用球化炉对一次酸洗后的原料做球化退火处理,原料经800℃均温并在11H后缓慢冷却,达到6-7级球化组织,硬度为HRB83°±5之间,降低材料硬度,提高塑性及韧性,为冷镦成型提供良好的可塑性,也有利于后续热处理淬火需要,便于后续抽线需要。
再对球化退火处理后的原料进行二次酸洗,采用8%浓度的稀盐酸脱离氧化层,减少了线材氧脱现象;将表面的氧化物剥离,使线材表面清洁,减少抽线摩擦力。
最后对二次酸洗后的原料进行磷化处理并获得预处理原料;磷化采用磷酸锌磷钙和硬质锌钙油脂两种原料有机结合,同线材反应成良好润滑层皮膜,保证良好的润滑性、大大提高了轴线和成型时线材的可塑性,保证螺栓成型表面质量及模具寿命。
S2:整径:
使用抽线设备对预处理原料进行抽线,以使预处理原料的收缩,并获得线径为14mm的长条状钢条。
S3:冷镦、搓牙:
将长条状钢条切断至大六角头螺栓所需的长度,在常温下放入模具型腔内,通过镦锻形成所需的六角头部1尺寸,通过对应牙板对光钉的挤压,生成高饱和度的不同精度等级的螺栓牙型,增加了螺纹的抗剪力和抗疲劳强度,通过牙板挤压形成螺杆2,以获得初成型的大六角头螺栓。
S4:热处理:
将初成型的大六角头螺栓在1030℃下用淬火油进行淬火处理,待淬火70min后,淬火硬度达到58HRC;然后在600℃下进行2H回火,并获得热处理后的大六角头螺栓。
值得说明的是,回火后硬度40-42HRC,趋于12.9级硬度范围中间值,因此,通过淬火,回火处理,使螺栓达到标准所要求的机械性能、抗拉强度、硬度值、伸长率及端面的收缩率。
S5:纺丝喷涂;
在热处理后的大六角头螺栓的外表面上涂覆粘结剂,粘结剂有助于碳纤维与六角头部1表面的粘附,将碳纤维纺丝通过喷涂施加到热处理后的大六角头螺栓六角头部1外表面,并确保碳纤维均匀地覆盖在表面上,对碳纤维进行轻微的压实,使碳纤维与粘结剂和六角头部1表面良好结合,并多次重复涂覆碳纤维,直至达到所需的包覆厚度和网状结构,然后进行干燥处理,获得干燥后的大六角头螺栓。
S6:高温处理;
对干燥后的大六角头螺栓进行160℃的预热处理,以去除残留的水分和挥发性物质,然后再放入真空炉内,通过真空处理将空气抽出,减少氧气对工件的影响;最后置于高温炉内,进行300℃下的高温处理,最终获得包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓。
S7:保温、冷却;
将包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓,进行2-3H的保温,确保碳纤维与合金钢表面充分结合;待保温完毕后,让包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓缓慢冷却至室温,并获得高强度大六角头螺栓。
S8:质量检验;
对处理后的高强度大六角头螺栓进行质量检验,测试抗疲劳性能。
对比例3
本发明公开一种高强度大六角头螺栓及加工工艺,如图5所示,其中,该实施例中高强度大六角头螺栓为DIN933的M14全螺纹六角头螺栓,该高强度大六角头螺栓,包括六角头部1和螺杆2,六角头部1和螺杆2一体化成型,六角头部1的外表面全方位包覆有复合材料加固涂层3,复合材料加固涂层3由碳纤维纺丝喷涂在六角头部1外表面,利用碳纤维的高强度、高刚度和轻质特点,通过将碳纤维纺丝喷涂在螺栓表面上;并通过加热处理使碳纤维粘附于六角头部1的外表面并形成包覆;包覆覆盖在六角头部1上,能够提供均匀的支撑和保护,增强六角头部1的整体结构强度,提高大六角头螺栓的承载能力;另外,包覆形成一层坚固的保护层,可以有效减少外界磨损和摩擦,延长大六角头螺栓的使用寿命。
如图2所示,值得进一步说明的是,六角头部1的外表面经磨砂处理后形成坑洼部4;坑洼部4可以提供更多的结构粗糙度,在加热喷涂过程中,碳纤维能更好地填充坑洼部4,形成机械锚固效应,增加碳纤维与六角头部1之间的附着力,而且坑洼部4可以提供更多的固定点,增加碳纤维与六角头部1之间的接触面积,增强复合材料加固涂层3的稳定性和耐久性。
该实施例中高强度大六角头螺栓的加工工艺,其加工步骤包括:
S1:原料预处理:
取SAE4135的中碳合金钢作为原料,对原料进行一次酸洗,以去除原料表面的锈迹,避免球化退火后脱碳。
然后利用球化炉对一次酸洗后的原料做球化退火处理,原料经800℃均温并在11H后缓慢冷却,达到6-7级球化组织,硬度为HRB83°±5之间,降低材料硬度,提高塑性及韧性,为冷镦成型提供良好的可塑性,也有利于后续热处理淬火需要,便于后续抽线需要。
再对球化退火处理后的原料进行二次酸洗,采用8%浓度的稀盐酸脱离氧化层,减少了线材氧脱现象;将表面的氧化物剥离,使线材表面清洁,减少抽线摩擦力。
最后对二次酸洗后的原料进行磷化处理并获得预处理原料;磷化采用磷酸锌磷钙和硬质锌钙油脂两种原料有机结合,同线材反应成良好润滑层皮膜,保证良好的润滑性、大大提高了轴线和成型时线材的可塑性,保证螺栓成型表面质量及模具寿命。
S2:整径:
使用抽线设备对预处理原料进行抽线,以使预处理原料的收缩,并获得线径为14mm的长条状钢条。
S3:冷镦、搓牙:
将长条状钢条切断至大六角头螺栓所需的长度,在常温下放入模具型腔内,通过镦锻形成所需的六角头部1尺寸,通过对应牙板对光钉的挤压,生成高饱和度的不同精度等级的螺栓牙型,增加了螺纹的抗剪力和抗疲劳强度,通过牙板挤压形成螺杆2,以获得初成型的大六角头螺栓。
S4:热处理:
将初成型的大六角头螺栓在1030℃下用淬火油进行淬火处理,待淬火70min后,淬火硬度达到58HRC;然后在600℃下进行2H回火,并获得热处理后的大六角头螺栓。
值得说明的是,回火后硬度40-42HRC,趋于12.9级硬度范围中间值,因此,通过淬火,回火处理,使螺栓达到标准所要求的机械性能、抗拉强度、硬度值、伸长率及端面的收缩率。
S5:表面处理;
利用喷砂机对热处理后的大六角头螺栓进行表面磨砂处理,经过磨砂处理后,使热处理后的大六角头螺栓的表面产生微小的坑洼和凹凸并形成坑洼部4,以形成表面磨砂状且Ra数值范围为6μm-13μm的大六角头螺栓。
S6:纺丝喷涂;
在表面磨砂状的大六角头螺栓的外表面上涂覆粘结剂,粘结剂有助于碳纤维与六角头部1表面的粘附,将碳纤维纺丝通过喷涂施加到表面磨砂状的大六角头螺栓六角头部1外表面,然后进行干燥处理,获得干燥后的大六角头螺栓。
S7:高温处理;
对干燥后的大六角头螺栓进行160℃的预热处理,以去除残留的水分和挥发性物质,然后再放入真空炉内,通过真空处理将空气抽出,减少氧气对工件的影响;最后置于高温炉内,进行300℃下的高温处理,最终获得包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓。
S8:保温、冷却;
将包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓,进行2-3H的保温,确保碳纤维与合金钢表面充分结合;待保温完毕后,让包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓缓慢冷却至室温,并获得高强度大六角头螺栓。
S9:质量检验;
对处理后的高强度大六角头螺栓进行质量检验,测试抗疲劳性能。
针对实施例1-2和对比例1-3进行进行抗疲劳性能检测;
选取合适同等材质的原料5组,并按照实施例1、实施例2、对比例1、对比例2和对比例3中的加工工艺加工,分别获得1号大六角头螺栓样品组、2号大六角头螺栓样品组、3号大六角头螺栓样品组、4号大六角头螺栓样品组和5号大六角头螺栓样品组并作为符合实验要求的样品。
然后搭建疲劳试验装置,包括Instron的拉伸试验机、MTS的疲劳试验机,并设置合适的试验参数。
然后将获得1号大六角头螺栓样品组、2号大六角头螺栓样品组、3号大六角头螺栓样品组、4号大六角头螺栓样品组和5号大六角头螺栓样品组依次放置在疲劳试验装置的内部,并在疲劳试验装置中施加40kgf-120kgf加载,采用交变加载,模拟实际工况下螺栓所受到的应力状态;通过传感器监测螺栓试样的变形、位移参数,并实时记录相关数据。
每经过30s后采用显微镜、探伤液或超声波检测仪器等手段检测样品表面是否出现裂纹,并记录裂纹形态、裂纹数量以及裂纹平均尺寸大小;当样品达到预定的载荷循环次数或裂纹扩展到一定程度时,停止实验。
对实验得到的数据进行统计分析,分析结果如下表所示:
通过上表结果可知,实施例中1-2中的1号大六角头螺栓样品组和2号大六角头螺栓样品组产生的变形、位移、裂纹数量以及裂纹尺寸各项参数数据均远小于3号大六角头螺栓样品组、4号大六角头螺栓样品组、5号大六角头螺栓样品组产生的变形、位移、裂纹数量以及裂纹尺寸各项参数数据;因此,实施例1-2中大六角头螺栓样品组的抗疲劳性能明显优于对比例1-3中大六角头螺栓样品组的抗疲劳性能。
其原因是,复合材料加固涂层3具有高强度、高刚度和轻质特点,其包裹在该高强度大六角头螺栓的六角头部1上,并形成网状的包覆,网状的包覆覆盖在六角头部1上,能够提供均匀的支撑和保护,增强六角头部1的整体结构强度,提高大六角头螺栓的承载能力;另外,网状包覆形成一层坚固的保护层,可以有效减少外界磨损和摩擦,延长大六角头螺栓的使用寿命。
实施例1中,通过将复合材料加固涂层喷涂在螺栓的六角头部外表面,并经过加热处理,使复合材料加固涂层与螺栓的六角头部外表面粘合形成包覆层,复合材料加固涂层用于结构加固;可以有效减缓螺栓材料的疲劳开裂和断裂,提高其抗疲劳性能。
实施例2中,仅在大六角头螺栓的六角头部1外圈表面喷涂碳纤维纺丝,而大六角头螺栓的六角头部1的中心位置上并未起到加固作用,从而在其受到加载后,2号大六角头螺栓样品组的六角头部1的中心位置上会发生轻微的形变和位移,进而六角头部1的中心位置上容易产生少量的裂纹,因此与实施例1相比,抗疲劳性能轻微降低。
对比例1中,并未对大六角头螺栓的表面进行喷涂复合材料加固涂层3,导致大六角头螺栓的外表面均处于裸露状态,生产得到的3号大六角头螺栓样品组在受到加载后,3号大六角头螺栓样品组的表面会产生大幅度的变形和位移,进而其表面容易产生大量的裂纹,且裂纹尺寸大,因此与实施例1-2相比,抗疲劳性能大幅度降低。
对比例2中,并未对大六角头螺栓进行表面处理,导致大六角头螺栓与复合材料加固涂层3之间的粘合度降低,生产得到的4号大六角头螺栓样品组在受到加载后,复合材料加固涂层3与4号大六角头螺栓样品组之间发生剥离,4号大六角头螺栓样品组的表面会产生少量的变形和位移,进而其表面容易产生少量的裂纹,因此与实施例1-2相比,抗疲劳性能有所降低。
对比例3中,仅仅包覆一层复合材料加固涂层3并形成单层保护层,导致复合材料加固涂层3的厚度降低,生产得到的5号大六角头螺栓样品组在受到加载后,复合材料加固涂层3所能承受的应力能力降低,因此与实施例1-2相比,抗疲劳性能有所降低。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强度大六角头螺栓,包括六角头部(1),其特征在于:所述六角头部(1)的外表面全方位包覆有用于结构加固的复合材料加固涂层(3),所述复合材料加固涂层(3)喷涂在六角头部(1)外表面,并通过加热处理使复合材料加固涂层(3)粘附于六角头部(1)的外表面并形成包覆。
2.根据权利要求1所述的高强度大六角头螺栓,其特征在于:还包括螺杆(2),所述螺杆(2)和六角头部(1)之间一体化成型。
3.根据权利要求1所述的高强度大六角头螺栓,其特征在于:所述复合材料加固涂层(3)为碳纤维纺丝、超高分子量聚乙烯纤维和高强度聚合物纤维中的一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述的高强度大六角头螺栓,其特征在于:所述包覆为网状结构。
5.根据权利要求1所述的高强度大六角头螺栓,其特征在于:所述六角头部(1)的外表面经磨砂处理后形成坑洼部(4)。
6.一种如权利要求1-5任一所述的高强度大六角头螺栓的加工工艺,其特征在于:其加工步骤包括:
S1:原料预处理;
对原料分别进行一次酸洗、球化退火、二次酸洗和磷化处理,并获得预处理原料;
S2:整径;
对所述预处理原料进行抽线,以使所述预处理原料的收缩,并获得长条状钢条;
S3:冷镦、搓牙;
将所述长条状钢条切断至大六角头螺栓所需的长度,在常温下放入模具型腔内,通过镦锻形成所需的六角头部(1)尺寸,并通过牙板挤压形成螺杆(2),以获得初成型的大六角头螺栓;
S4:热处理;
将初成型的大六角头螺栓在1030℃±10℃下,用淬火油进行淬火,然后在600℃下进行2H回火,并获得热处理后的大六角头螺栓;
S5:表面处理;
将热处理后的大六角头螺栓经过磨砂处理后,使热处理后的大六角头螺栓的表面产生坑洼部(4),以形成表面磨砂状的大六角头螺栓;
S6:纺丝喷涂;
将碳纤维布经过纺丝喷涂技术喷涂到表面磨砂状的大六角头螺栓表面,反复压实并进行多次涂覆碳纤维,进行干燥处理,获得干燥后的大六角头螺栓;
S7:高温处理;
对干燥后的大六角头螺栓分别进行预热处理、真空处理以及高温处理,最终获得包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓;
S8:保温、冷却;
将包覆有碳纤维纺丝的大六角头螺栓,进行保温和冷却,并获得所述高强度大六角头螺栓;
S9:质量检验;
对处理后的高强度大六角头螺栓进行质量检验,测试抗疲劳性能。
7.根据权利要求6所述的高强度大六角头螺栓的加工工艺,其特征在于:在S1中,所述原料为SAE4135、AISI4135或ASTM4135。
8.根据权利要求6所述的高强度大六角头螺栓的加工工艺,其特征在于:在S5中,表面磨砂状的大六角头螺栓的Ra数值范围为6μm-13μm。
9.根据权利要求6所述的高强度大六角头螺栓的加工工艺,其特征在于:在S7中,高温处理的温度范围为250℃-350℃。
10.根据权利要求9所述的高强度大六角头螺栓的加工工艺,其特征在于:在S7中,预热处理的温度为160℃。
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CN202410416245.6A CN118128816A (zh) | 2024-04-08 | 2024-04-08 | 一种高强度大六角头螺栓及加工工艺 |
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