DE202005015611U1

DE202005015611U1 - Bolzen oder Schraube hoher Festigkeit

Info

Publication number: DE202005015611U1
Application number: DE200520015611
Authority: DE
Original assignee: Textron Verbindungstechnik GmbH and Co OHG; Saarstahl AG
Current assignee: Ruia Global Fasteners AG; Saarstahl AG
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2015-10-01
Also published as: WO2007036215A1; DE112006003244A5; TW200718788A

Abstract

Bolzen oder Schraube hoher Festigkeit, hergestellt aus einem Stahl mit folgenden Zuschlagstoffen: C: 0,5 bis 0,9 % Si: 0,1 bis 0,3 % Mn: 0,4 bis 0,9 % P: max. 0,025 % S: max. 0,025 % Cr: max. 0,3 % Mo: max. 0,05 %

dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl zusätzlich maximal 0,05 % Ni, maximal 0,15 % Cu und maximal 0,01 % Al enthält und der Bolzen oder die Schraube aus einem Stahldraht, der nach dem Warmwalzen in glühendem Zustand durch Anblasen mit Luft kontrolliert abgekühlt ("patentiert") und dann erst aufgerollt worden ist, ausschließlich durch Kaltumformung (Kaltformen des Kopfes, Walzen des Gewindes) ohne jede Wärmebehandlung hergestellt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bolzen oder eine Schraube hoher Festigkeit. Der zu dieser Erfindung nächst gelegene Stand der Technik ergibt sich aus der EP 1 273 670 A1 bzw. der US 6,605,166 B2 .
Gemäß diesem Stand der Technik ist ein hochfester Bolzen mit Festigkeitswerten von 1200 N/mm² oder mehr bekannt, der aus einem Stahl mit folgenden Zuschlagstoffen besteht: Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor und Schwefel. Gemäß dem bekannten Stand der Technik ist es aber unbedingt erforderlich, den entsprechenden Bolzen nach der Formung oder Herstellung einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 100 und 400°C zu unterziehen, die üblicherweise als "Altern" bezeichnet wird.
Die Wärmebehandlung des fertigen Erzeugnisses führt zu erheblichen Nachteilen: Es entstehen zusätzliche Bearbeitungskosten, es wird sehr viel Energie verbraucht, es kann zu erheblichen Streuungen in den Festigkeitswerten kommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schraube oder einen Bolzen zu schaffen, der entsprechende Festigkeitswerte von 900 MPa und darüber hinaus erreicht, ohne einer Wärmebehandlung nach der Herstellung bzw. dem Umformen zu bedürfen. Zusätzlich sollte die Streuung der Festigkeitswerte nicht so groß sein wie im Stand der Technik.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Bolzen oder die Schraube aus Stahl hergestellt ist, der zusätzlich max. 0,05 Gew.-% Nickel (alle künftigen Prozentangaben beziehen sich stets auf Gewichtsprozent), max. 0,15 Kupfer und bis zu 0,01 % Aluminium enthält und wobei der Roh-Stahldraht, aus dem der Bolzen oder die Schraube hergestellt ist, nach dem Warmwalzen in glühendem Zustand durch Anblasen mit Luft kontrolliert abgekühlt (dieses Verfahren wird in der Industrie üblicherweise als "Luft patentieren" bezeichnet) und dann erst aufgerollt worden ist. Aus diesem Material kann erfindungsgemäß ausschließlich durch Kaltumformung (Kaltformen des Kopfes, Walzen des Gewindes) ohne jede Wärmebehandlung ein Bolzen oder eine Schraube hergestellt werden, die Festigkeitswerte aufweist, die denjenigen entsprechen, wie sie Bolzen oder Schrauben gemäß dem Stand der Technik nur nach der aufwendigen Wärmebehandlung erreichen konnten.
Erfindungsgemäß wird also erheblich Fertigungsaufwand und Energie eingespart, erfindungsgemäße Teile weisen erheblich geringere Streuungen in den Festigkeitswerten auf.
Besonders bevorzugt ist es gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn der Stahl zusätzlich maximal 0,005 % Bor enthält. Der Stahl weist dann nämlich eine bessere Bruchdehnung auf.

Erfindungsgemäß werden Bolzen und Schrauben mit einer Festigkeit um oder sogar über 900 MPa aus einem Stahl hergestellt, der folgende Zuschlagstoffe enthält (die Angaben beziehen sich jeweils auf Gewichtsprozent):

Kohlenstoff:	0,5 bis 0,9 %
Silizium:	0,1 bis 0,3 %
Mangan:	0,4 bis 0,9 %
Phosphor:	bis zu 0,025 %
Schwefel:	bis zu 0,025 %
Chrom:	bis zu 0,3 %
Nickel:	bis zu 0,05 %
Molybdän:	bis zu 0,05 %
Kupfer:	bis zu 0,15 %
Aluminium:	bis zu 0,01 %.

Vorzugsweise kann der Stahl zusätzlich bis zu 0,005 % Bor enthalten. Um die hohe Festigkeit zu erreichen, ist es erforderlich, dass der Draht, der den Rohstoff für die Herstellung der Schrauben oder Bolzen bildet, nachdem er wie üblich im glühenden Zustand warmgewalzt worden ist, einer besonderen Behandlung unterzogen wird, die mit dem metallurgischen Fachausdruck des "Luftpatentierens" bezeichnet wird. Dabei wird der Draht nach dem Warmwalzen durch Anblasen mit Luft kontrolliert abgekühlt, bevor er aufgerollt wird.
Aus einem solchermaßen behandelten Stahl mit den oben genannten Zuschlagstoffen kann dann erfindungsgemäß ausschließlich durch Kaltumformung (Kaltformen des Kopfes, Walzen des oder der Gewinde) ohne jede Wärmebehandlung ein Bolzen oder eine Schraube hergestellt werden, deren Festigkeit um oder über 900 N/mm² liegt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Streuung der Festigkeitswerte der erfindungsgemäßen Schrauben oder Bolzen erheblich geringer ist, als bei den wärmebehandelten Teilen gemäß dem Stand der Technik. Während der gemäß dem Stand der Technik unbedingt erforderlichen Wärmebehandlung können nämlich die entsprechenden Parameter, wie Temperatur, Behandlungszeit und Atmosphärenzusammensetzung, in dem Ofen, der zum Altern dient, schwanken. Diese Parameter haben aber einen ganz erheblichen Einfluss auf die spätere Festigkeit des fertigen Produkts. Die Schwankungsbreite der Festigkeit bei Teilen, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt sind, liegt üblicherweise bei ± 75 MPa. Bezogen auf den angestrebten Festigkeitswert von 900 MPa ist dies eine Toleranz von über 10 % . Eine Toleranz von ± 50 MPa oder noch darunter ist gemäß dem Stand der Technik nur sehr schwer und mit großem Kostenaufwand zu realisieren.
Schrauben oder Bolzen gemäß der vorliegenden Erfindung, die also keinem wärmebehandlungsprozess unterworfen werden mussten, erreichen eine geringe Streuung der Festigkeitswerte.
Erfindungsgemäß wird somit mit einem wesentlich kostengünstigeren Herstellungsverfahren eine Schraube oder ein Bolzen geschaffen, der eine gleich hohe Festigkeit aufweist, wie der Stand der Technik, jedoch zusätzlich den Vorteil hat, dass die Festigkeitswerte genauer eingehalten werden können und die Streuung erheblich geringer ist.
Weiterhin kann erfindungsgemäß die Bruchdehnung des Bolzens oder der Schraube erheblich verbessert werden, wenn 20 bis 50 ppm, vorzugsweise 30 bis 50 ppm, Bor dem Stahl beigemischt sind.
Erfindungsgemäß wird bei den Schrauben ohne Wärmebehandlung im Vergleich zu gealterten Schrauben eine höhere Dauerhaltbarkeit des Gewindeschaftes erzielt . Die Begründung hierfür liegt in den beim Altern teilweise reduzierten Druckeigenspannungen, die vorher beim Gewindewalzen in den Schraubenwerkstoff eingebracht wurden.

Claims

Bolzen oder Schraube hoher Festigkeit, hergestellt aus einem Stahl mit folgenden Zuschlagstoffen: C: 0,5 bis 0,9 % Si: 0,1 bis 0,3 % Mn: 0,4 bis 0,9 % P: max. 0,025 % S: max. 0,025 % Cr: max. 0,3 % Mo: max. 0,05 %

dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl zusätzlich maximal 0,05 % Ni, maximal 0,15 % Cu und maximal 0,01 % Al enthält und der Bolzen oder die Schraube aus einem Stahldraht, der nach dem Warmwalzen in glühendem Zustand durch Anblasen mit Luft kontrolliert abgekühlt ("patentiert") und dann erst aufgerollt worden ist, ausschließlich durch Kaltumformung (Kaltformen des Kopfes, Walzen des Gewindes) ohne jede Wärmebehandlung hergestellt ist.
Bolzen oder Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl zusätzlich maximal 0,005 % Bor enthält.