CN1443946A - 1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺。它依序包括有下料工序、加工毛坯工序、退火工序、冷镦成型工序、车削杆部工序、调质处理工序、磨削工序、探伤工序、滚丝工序、滚压圆角工序与喷丸工序形成复合强化工序、表面处理工序和探伤工序，在所述的冷镦成型工序前的退火工序采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为740℃～760℃，保温5～8小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，淬火温度为920℃～940℃，保温20～30分钟，油冷，回火温度590℃～615℃，保温90～120分钟，水冷。在调质处理工序前车削杆部工序后设有一正火预处理工序，其正火的温度为920℃～940℃，保温20～40分钟后，空冷。本发明优化了高强度螺栓的制造工艺，解决更高强度下螺栓的延迟断裂和疲劳断裂问题。

Description

1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺
技术领域本发明涉及一种高强度螺栓的制造工艺，特别为一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺。
背景技术高强度螺栓是机械行业使用最为广泛的紧固件，国内目前通常采用40Cr和42CrMo生产高强度螺栓，其最高强度级别为1200MPa级(12.9级)。高强度螺栓具有很高的缺口敏感性，当抗拉强度超过约1200MPa时，延迟断裂就变得十分突出，容易在缺口集中部位如杆与头部的过渡处或螺纹根部产生延迟断裂和疲劳断裂，国内目前还没有1300MPa级以上高强度螺栓和相应的制造工艺，也没有解决更高强度下螺栓产生延迟断裂和疲劳断裂的问题。这也是国内高强度螺栓没有超过1200MPa级的原因。42CrMoVNb是专门用于1300MPa级以上高强度螺栓的新钢种，需对传统的高强度螺栓制造工艺如热处理、表面强化等工艺研究优化，以实现螺栓高强度和高耐延迟断裂性能和疲劳性能的统一。
技术内容本发明的目的就是为了解决现有技术的上述缺陷而提供一种1300MPa级高强度螺栓的制造工艺。
本发明的目的通过以下技术解决方案来实现：
一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，它依序包括有下料工序、加工毛坯工序、退火工序、冷镦成型工序、车削杆部及支承面工序、调质处理工序、磨削工序、探伤工序、滚丝工序、滚压圆角工序、表面处理工序和探伤工序，在所述的冷镦成型工序前的退火工序采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为740℃～760℃，保温5～8小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，淬火温度为920℃～940℃，保温20～30分钟，油冷，回火温度590℃～615℃，保温90～120分钟，水冷。
本发明的目的通过以下技术解决措施来进一步实现：
前述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其中所述的在调质处理工序前车削杆部工序后设有一正火预处理工序，其正火的温度为920℃～940℃，保温20～40分钟后，空冷。
前述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其中所述的在滚压圆角工序时，再采用喷丸工序与滚压圆角工序形成复合强化工序。
本发明的有益效果是适应了机械行业，特别是汽车工业的发展，进一步提高螺栓的强度级别，应用42CrMoVNb高强度螺栓新钢种，优化了高强度螺栓的制造工艺，解决更高强度下螺栓的延迟断裂和疲劳断裂问题，可满足如汽车的轻量化和长寿命等要求，并可填补1300MPa级以上高强度螺栓在国内的空白。
本发明的目的、优点、和特点，将通过下面优先实施例的非限制性说明进行解释，这些实施例仅作为例子给出的。
具体实施方式
实施例一：
本发明在实际工作中，其采用42CrMoVNb钢，它依序包括有下料工序、加工毛坯工序、退火工序、冷镦成型工序、车削杆部工序、调质处理工序、磨削工序、探伤工序、滚丝工序、滚压圆角工序、表面处理工序和探伤工序，为满足螺栓冷镦成型的要求，冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为740℃，保温5小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，采用高温淬火和高温回火工艺(显著高于高强度螺栓的传统淬火、回火温度)，以及淬火前的正火预处理，保证了1300MPa级高强度螺栓良好的综合力学性能其淬火温度为920℃，保温20分钟，油冷，回火温度590℃，保温90分钟，水冷。
实施例二
本发明在实际使用中，其采用42CrMoVNb钢，它依序包括有下料工序、加工毛坯工序、退火工序、冷镦成型工序、车削杆部工序、调质处理工序、磨削工序、探伤工序、滚丝工序、滚压圆角工序、表面处理工序和探伤工序，为满足螺栓冷镦成型的要求，冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为750℃，保温6小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，其淬火温度为930℃，保温30分钟，油冷，回火温度600℃，保温100分钟，水冷。为了更好保证1300MPa级高强度螺栓良好的综合力学性能，在调质处理工序前车削杆部工序后设有一正火预处理工序，其正火的温度为920℃，保温20分钟后，空冷。
实施例三
本发明在实际使用中，其采用42CrMoVNb钢，它依序包括有下料工序、加工毛坯工序、退火工序、冷镦成型工序、车削杆部工序、调质处理工序、磨削工序、探伤工序、滚丝工序、滚压圆角工序、表面处理工序和探伤工序，为满足螺栓冷镦成型的要求，冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为760℃，保温7小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，其淬火温度为940℃，保温25分钟，油冷，回火温度610℃，保温110分钟，水冷。在滚压圆角工序时，再采用喷丸工序与滚压圆角工序形成复合强化工序。因为通过热处理后滚丝螺纹和滚压螺栓头部与杆部的过渡圆角，使这些部位获得表面残余压应力，以减小此处应力集中的不利影响，并提高螺栓的疲劳性能，同时再采用喷丸复合强化工艺，进一步增加螺栓的整体强化效果，并在一定程度上提高了螺栓的耐蚀性能。
实施例四
本发明在实际使用中，其采用42CrMoVNb钢，它依序包括有下料工序、加工毛坯工序、退火工序、冷镦成型工序、车削杆部工序、调质处理工序、磨削工序、探伤工序、滚丝工序、滚压圆角工序、表面处理工序和探伤工序，为满足螺栓冷镦成型的要求，冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为755℃，保温8小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，采用高温淬火和高温回火工艺(显著高于高强度螺栓的传统淬火、回火温度)，以及淬火前的正火预处理，保证了1300MPa级高强度螺栓良好的综合力学性能，其淬火温度为935℃，保温25分钟，油冷，回火温度615℃，保温120分钟，水冷。在调质处理工序前车削杆部工序后设有一正火预处理工序，其正火的温度为940℃，保温40分钟后，空冷。在滚压圆角工序时，再采用喷丸工序与滚压圆角工序结合形成复合强化工序。
研究1300MPa级高强度螺栓的制造工艺，特别是表面强化(如滚丝、滚压、喷丸)和表面处理，如DAC(达克罗)处理、磷化处理，对螺栓表面残余应力、疲劳性能和延迟断裂性能的影响。初步研究表明，螺栓的滚丝、滚压、喷丸表面强化除具有提高疲劳性能的常规作用外，还可以提高延迟断裂性能和降低缺口敏感性，而DAC(达克罗)和磷化处理表面处理则会减小螺栓表面的残余压应力，由此降低疲劳性能。
应用42CrMoVNb新钢种，其化学成份见表1，研制出国内最新的1300MPa级高强度螺栓，其主要力学性能见表2。
表1  42CrMoVNb钢的化学成份(质量分数，％)
  C   Mn   Si   P   S    Cr     Mo     V     Nb    Als
  0.43   0.30   0.14   0.003   0.001    1.10     0.52     0.33     0.04    0.01
表2  1300MPa级高强度螺栓的主要力学性能
σb，MPa σ0.2，MPa δ5，％ 疲劳和延迟断裂性能 缺口敏感性
＞1300 ＞1170 ＞14 明显高于12.9级螺栓 不敏感

Claims (7)

1.一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，它依序包括有下料工序、加工毛坯工序、退火工序、冷镦成型工序、车削杆部工序、调质处理工序、磨削工序、探伤工序、滚丝工序、滚压圆角工序、表面处理工序和探伤工序，其特征在于所述的冷镦成型工序前的退火工序采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为740℃～760℃，保温5～8小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，淬火温度为920℃～940℃，保温20～30分钟，油冷，回火温度590℃～615℃，保温90～120分钟，水冷。
2.根据权利要求1所述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其特征在于在调质处理工序前车削杆部工序后设有一正火预处理工序，其正火的温度为920℃～940℃，保温20～40分钟后，空冷。
3.根据权利要求1或2所述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其特征在于在滚压圆角工序时，再采用喷丸工序与滚压圆角工序形成复合强化工序。
4.根据权利要求1所述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其特征在于其在冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为740℃，保温5小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，其淬火温度为920℃，保温20分钟，油冷，回火温度590℃，保温90分钟，水冷。
5.根据权利要求1或2所述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其特征在于其冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为750℃，保温6小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，其淬火温度为930℃，保温30分钟，油冷，回火温度600℃，保温100分钟，水冷，在调质处理工序前车削杆部工序后设有一正火预处理工序，其正火的温度为920℃，保温20分钟后，空冷。
6.根据权利要求1所述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其特征在于在冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为760℃，保温7小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，其淬火温度为940℃，保温25分钟，油冷，回火温度610℃，保温110分钟，水冷，在滚压圆角工序时，再采用喷丸工序与滚压圆角工序形成复合强化工序。
7.根据权利要求1所述的一种1300MPa级以上高强度螺栓的制造工艺，其特征在于在冷镦成型工序前采用一次球化退火工艺，其球化退火温度为755℃，保温8小时，炉冷至500℃出炉空冷，退火后硬度小于HV170；在所述的调质处理工序中，其淬火温度为935℃，保温25分钟，油冷，回火温度615℃，保温120分钟，水冷，在调质处理工序前车削杆部工序后设有一正火预处理工序，其正火的温度为940℃，保温40分钟后，空冷，在滚压圆角工序时，再采用喷丸工序与滚压圆角工序结合形成复合强化工序。
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