一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，它依序包括以下主要步驟：拉拔工序、下料工序、滾壓工序、滾絲工序、時(shí)效處理工序、電鍍工序、探傷工序。在所述的拉拔工序中，預(yù)留一定的滾壓余量，與后續(xù)的滾壓工序形成復(fù)合形變強(qiáng)化效果；在所述的拉拔工序中，拉拔減面率13%~40%；在所述的滾壓工序中，滾壓壓入量控制為0.05mm~0.25mm；在所述的時(shí)效處理工序中，加熱溫度為200℃~450℃，保溫時(shí)間100~200分鐘。本發(fā)明提供的螺栓制造工藝，設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，操作方便，不需要退火、調(diào)質(zhì)處理，能夠節(jié)約大量的能源和時(shí)間；得到的螺栓有較好的表面硬度，能提高螺紋部分強(qiáng)度、螺栓的疲勞壽命和耐蝕性。
【專利說明】一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無切削金屬機(jī)械加工，尤其涉及高強(qiáng)度螺栓加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)度螺栓是機(jī)械行業(yè)使用最為廣泛的緊固件，國(guó)內(nèi)目前8.8級(jí)以上高強(qiáng)度螺栓大多采用中碳鋼或中碳合金鋼生產(chǎn)，而高強(qiáng)度螺栓的制造工藝中的球化退火工序和調(diào)質(zhì)處理工序，這兩道工序耗時(shí)周期長(zhǎng)，消耗大量能源。而非調(diào)質(zhì)鋼形變強(qiáng)化緊固件省去了拉拔前球化退火和調(diào)質(zhì)處理兩道周期長(zhǎng)、能耗大的熱處理工序，具有節(jié)能減排，降低成本的特點(diǎn)，且避免了因熱處理造成的表面氧化、脫碳及工件變形等問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。所以目前國(guó)內(nèi)有廠家使用非調(diào)質(zhì)鋼制作螺栓，但存在的問題是:目前非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造工藝中強(qiáng)化螺栓強(qiáng)度的冷變形工序只有拉拔，通過控制拉拔減面率來控制螺栓強(qiáng)度的增量，這樣制作出的螺栓強(qiáng)度只有8.8級(jí)，強(qiáng)度水平不高；且拉拔完的非調(diào)鋼線材表面可能會(huì)有殘留拉應(yīng)力，會(huì)影響螺栓的抗疲勞性能，導(dǎo)致螺栓的疲勞壽命較短。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷而提供一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝。在現(xiàn)有的非調(diào)質(zhì)鋼螺栓加工過程中增加滾壓工序，提高螺栓強(qiáng)度，提高其疲勞壽命，提升產(chǎn)品質(zhì)量。
[0004]本發(fā)明結(jié)合了冷拉拔和滾壓兩種不同的冷作形變強(qiáng)化方式。在相同形變量下，拉拔與滾壓復(fù)合形變導(dǎo)致強(qiáng)度增加的效果高于單一拉拔形變或單一滾壓形變。
[0005]拉拔與滾壓復(fù)合形變導(dǎo)致強(qiáng)度增加效果的提高主要與變形方式誘發(fā)組織結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。對(duì)鐵素體+珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼，在單一拉拔形變或滾壓形變外應(yīng)力作用情況下，兩種組織的變形不同步，鐵素體的形變先于珠光體。
[0006]一方面，當(dāng)冷拉拔變形量較小時(shí)，鐵素體晶粒內(nèi)先產(chǎn)生大量位錯(cuò)，此時(shí)位錯(cuò)均勻、無規(guī)則分布，拉拔變形量進(jìn)一步加大時(shí)，位錯(cuò)大量增殖。紊亂的位錯(cuò)相互糾集而形成高位錯(cuò)密度區(qū)，與位錯(cuò)密度相對(duì)較低的區(qū)域分割開，形成胞狀的亞結(jié)構(gòu)，拉拔的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行滾壓，位錯(cuò)進(jìn)一步增殖，且取向更加紊亂，在滾壓的周向力的作用下，位錯(cuò)胞的進(jìn)一步周向排列變形，取向發(fā)生變化。因此，對(duì)鐵素體+珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼螺栓進(jìn)行拉拔與滾壓復(fù)合形變處理，其組織中鐵素體體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠螂s亂，且尺寸細(xì)小的胞狀亞結(jié)構(gòu)，這些亞結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)的滑移阻礙效果更強(qiáng)，使鐵素體的變形抗力大大提高。
[0007]另一方面，對(duì)珠光體組織，根據(jù)珠光體片層與拉拔應(yīng)力的方向，當(dāng)與拉拔應(yīng)力方向成Θ角(0〈θ〈90° )的珠光體片層，隨應(yīng)力增加，其逐漸轉(zhuǎn)向與應(yīng)力方向一致或平行。當(dāng)施加滾壓處理，即進(jìn)一步改變應(yīng)力方向與原拉拔應(yīng)力方向垂直時(shí)，這些平行的珠光體片層逐漸彎曲直至碎化；而與拉拔應(yīng)力方向垂直(θ=0或90° )的珠光體片層，隨應(yīng)力增加，其逐漸發(fā)生彎曲直至斷裂，當(dāng)施加滾壓處理，碎化的珠光體形態(tài)變化不明顯。因此，對(duì)鐵素體+珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行拉拔與滾壓復(fù)合形變處理，其組織中珠光體完全轉(zhuǎn)變?yōu)樗榛闹楣怏w。
[0008]所以，對(duì)于鐵素體+珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼，在冷拉拔形變基礎(chǔ)上復(fù)合滾壓形變，其鐵素體和珠光體進(jìn)一步強(qiáng)化，因此，非調(diào)質(zhì)鋼螺栓的變形抗力顯著提高，在同一形變量下，冷作拉拔與滾壓復(fù)合形變強(qiáng)化效果高于單一拉拔形變強(qiáng)化或滾壓強(qiáng)化。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，它依序包括以下主要步驟:拉拔工序、下料工序、滾壓工序、滾絲工序、時(shí)效處理工序、電鍍工序、探傷工序。在所述的拉拔工序中，拉拔變形量控制為139Γ40%;在所述的滾壓工序中，滾壓壓入量控制為0.05mnT0.25mm ;在所述的時(shí)效處理工序中，加熱溫度為200°C ?450°C，保溫10(Γ200分鐘，出爐空冷。最終可獲得滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的9.8級(jí)和10.9級(jí)螺栓產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)解決措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn):
前述一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，在所述的拉拔工序中，預(yù)留一定的滾壓余量，與后續(xù)的滾壓工序形成復(fù)合形變強(qiáng)化效果。
[0011]前述一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，根據(jù)加工Μ10，Μ12，Μ14, Μ16, Μ18, Μ20, Μ22 的螺栓，合理選用線材規(guī)格分別是:Φ11.6mm, Φ13.5mm, Φ15ι?πι,Φ 17mm> Φ 19mm, Φ21mm, C>23mm。拉拔后相應(yīng)的工藝料的規(guī)格分別是:8.67?9.41mm，10.5?11.24mm，12.32?13.24mm，14.32?15.2mm，16?17.2mm，18?19.2mm，2O?21.2mm ；滾壓后相應(yīng)的工藝料的規(guī)格分別是8.92?9.46mm, 10.75?11.29mm, 12.57?13.29mm,14.57?15.25mm, 16.24?17.25mm, 18.24?19.24mm, 20.24?21.24mm。
[0012]前述一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，控制滾壓壓入量為
0.05、.25mm，螺栓獲得表面強(qiáng)化效果，且滾壓完的工件表面質(zhì)量較好。
[0013]在所述的滾壓工序和滾絲工序中，滾壓部位的長(zhǎng)度大于或等于滾絲部位的長(zhǎng)度，目的是對(duì)螺紋部分形成復(fù)合強(qiáng)化效果，提高螺栓強(qiáng)度。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是:1、滾壓后的工件表面光潔度較高，可提高螺栓的表面質(zhì)量；2、滾壓工序可纖維化螺栓表面組織，增加組織中位錯(cuò)密度，使螺栓獲得較好的表面硬度，提高螺紋部分強(qiáng)度；3、滾壓工序在螺栓表面引入殘留壓應(yīng)力，可提高螺栓的疲勞壽命和耐蝕性；4、螺栓經(jīng)過拉拔和滾壓復(fù)合形變強(qiáng)化，可提高螺栓整體強(qiáng)度，該高強(qiáng)度螺栓可全面達(dá)到GBT_3098.1中規(guī)定的9.8級(jí)、10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓的所有性能指標(biāo)。且工藝簡(jiǎn)單，操作方便，可節(jié)約能耗，降低成本。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
根據(jù)要加工的螺栓的規(guī)格，選用合理線徑的線材，依序進(jìn)行以下主要工序(拉拔工序、下料工序、滾壓工序、滾絲工序、時(shí)效處理工序、電鍍工序、探傷工序)制成螺栓。
[0016]實(shí)施例一
加工MlO螺栓方法:選用直徑為Φ11.3mm的非調(diào)質(zhì)鋼線材，拉拔至Φ9.3mm，拉拔減面率35.72%，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓壓入量為0.1mm,再進(jìn)行滾絲處理和時(shí)效處理，其加熱溫度為200°C，保溫100分鐘，后進(jìn)行電鍍和探傷，制成螺栓成品。本實(shí)施例中，螺栓抗拉強(qiáng)度Rm=970MPa，屈服強(qiáng)度σ p(l.2=780MPa，螺栓強(qiáng)度較線材強(qiáng)度增加52.3%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0017]實(shí)施例二
加工Μ12螺栓方法:選用直徑為Φ13.5mm的非調(diào)質(zhì)鋼線材，拉拔至Φ11.3mm，拉拔減面率29.94%，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓壓入量為0.15mm，再進(jìn)行滾絲處理和時(shí)效處理，其加熱溫度為240°C，保溫120分鐘，后進(jìn)行電鍍和探傷，制成螺栓成品。本實(shí)施例中，螺栓抗拉強(qiáng)度Rm=960MPa，屈服強(qiáng)度σ p(l.2=770MPa，螺栓強(qiáng)度較線材強(qiáng)度增加51.3%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0018]實(shí)施例三
加工M14螺栓方法:選用直徑為Φ 15mm的非調(diào)質(zhì)鋼線材，拉拔至Φ 13mm，拉拔減面率24.9%，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓壓入量為0.12mm，再進(jìn)行滾絲處理和時(shí)效處理，其加熱溫度為280°C，保溫140分鐘，后進(jìn)行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0019]本實(shí)施例中，螺栓抗拉強(qiáng)度Rm=950MPa，屈服強(qiáng)度σ p(l.2=760MPa,螺栓強(qiáng)度較線材強(qiáng)度增加50.3%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0020]實(shí)施例四
加工M16螺栓方法:選用直徑為Φ 17mm的非調(diào)質(zhì)鋼線材，拉拔至Φ 15mm，拉拔減面率22.2%，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓壓入量為0.14mm，再進(jìn)行滾絲處理和時(shí)效處理，其加熱溫度為320°C，保溫150分鐘，后進(jìn)行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0021 ] 本實(shí)施例中，螺栓抗拉強(qiáng)度Rm=940MPa，屈服強(qiáng)度σ p(l.2=755MPa,螺栓強(qiáng)度較線材強(qiáng)度增加49.2%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0022]實(shí)施例五
加工M18螺栓方法:選用直徑為Φ 19mm的非調(diào)質(zhì)鋼線材，拉拔至Φ 17mm，拉拔減面率19.9%，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓壓入量為0.18mm，再進(jìn)行滾絲處理和時(shí)效處理，其加熱溫度為340°C，保溫160分鐘，后進(jìn)行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0023]本實(shí)施例中，螺栓抗拉強(qiáng)度Rm=I 150MPa，屈服強(qiáng)度σ p(l 2=1040MPa,螺栓強(qiáng)度較線材強(qiáng)度增加57.5%，其性能滿足GBT_3098.1中10.9級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0024]實(shí)施例六
加工M20螺栓方法:選用直徑為Φ21πιπι的非調(diào)質(zhì)鋼線材，拉拔至Φ 19mm，拉拔減面率18.1%，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓壓入量為0.22mm，再進(jìn)行滾絲處理和時(shí)效處理，其加熱溫度為380°C，保溫180分鐘，后進(jìn)行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0025]本實(shí)施例中，螺栓抗拉強(qiáng)度Rm=I 140MPa,屈服強(qiáng)度σ p(l.2=1035MPa,螺栓強(qiáng)度較線材強(qiáng)度增加56.7%，其性能滿足GBT_3098.1中10.9級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0026]實(shí)施例七
加工M22螺栓方法:選用直徑為Φ23πιπι的非調(diào)質(zhì)鋼線材，拉拔至Φ21.1mm，拉拔減面率15.8%，然后對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓壓入量為0.2mm，再進(jìn)行滾絲處理和時(shí)效處理，其加熱溫度為400°C，保溫200分鐘，后進(jìn)行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0027]本實(shí)施例中，螺栓抗拉強(qiáng)度Rm=I 120MPa，屈服強(qiáng)度σ p(l 2=1120MPa，螺栓強(qiáng)度較線材強(qiáng)度增加55.2%，其性能滿足GBT_3098.1中10.9級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0028]基于上述，通過實(shí)施例一至七可知，本發(fā)明滾壓后的工件表面光潔度較高，可提高螺栓的表面質(zhì)量；滾壓工序可纖維化螺栓表面組織，增加組織中位錯(cuò)密度，使螺栓獲得較好的表面硬度，提高螺紋部分強(qiáng)度；而且滾壓工序在螺栓表面引入殘留壓應(yīng)力，可提高螺栓的疲勞壽命和耐蝕性；此外,螺栓經(jīng)過拉拔和滾壓復(fù)合形變強(qiáng)化,可提高螺栓整體強(qiáng)度,該高強(qiáng)度螺栓可全面達(dá)到GBT_3098.1中規(guī)定的9.8級(jí)、10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓的所有性能指標(biāo)；本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，可節(jié)約能耗，降低成本。
[0029]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，依序包括以下主要步驟:拉拔工序、下料工序、滾壓工序、滾絲工序、時(shí)效處理工序、電鍍工序和探傷工序；其特征在于:在所述的拉拔工序中，預(yù)留一定的滾壓余量，與后續(xù)的滾壓工序形成復(fù)合形變強(qiáng)化效果；在所述的拉拔工序中，拉拔減面率139Γ40%;在所述的滾壓工序中，滾壓壓入量控制為0.05mnT0.25mm ;在所述的時(shí)效處理工序中，加熱溫度為200°C ?450°C，保溫時(shí)間10(Γ200分鐘，出爐空冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，其特征在于:在所述的滾壓工序中，將工件置于滾壓床上進(jìn)行光滑滾壓處理，使其表面有一層形變強(qiáng)化層，與前道拉拔工序形成復(fù)合形變強(qiáng)化效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，其特征在于:在所述的拉拔工序和滾壓工序中，拉拔后的線材尺寸需預(yù)留一定的余量，為后續(xù)的滾壓工序做準(zhǔn)備，滾壓工序中的滾壓壓入量需綜合拉拔后的尺寸和螺栓滾絲前的最終尺寸來決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，其特征在于:WIM10，M12，M14，M16，M18，M20和M22的螺栓，選用線材規(guī)格分別是:Φ11.6mm,Φ 13.5mm, Φ 15mm, Φ 1 7mm、Φ 19mm, C>21mm和Φ23_ ;拉拔后相應(yīng)的工藝料的規(guī)格分別是:8.67?9.41mm, 10.5?11.24mm, 12.32?13.24mm, 14.32?15.2mm, 16?17.2mm, 18?19.2mm和20?21.2mm ;滾壓后相應(yīng)的工藝料的規(guī)格分別是8.92?9.46mm, 10.75?11.29mm,12.57?13.29mm, 14.57?15.25mm, 16.24?17.25mm, 18.24?19.24mm 和 20.24?21.24mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，其特征在于:在所述的滾壓工序和滾絲工序中，滾壓部位的長(zhǎng)度大于或等于滾絲部位的長(zhǎng)度，目的是對(duì)螺紋部分形成復(fù)合強(qiáng)化效果，提高螺栓強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種非調(diào)質(zhì)鋼螺栓制造過程中的冷作形變強(qiáng)化工藝，其特征在于:在所述的滾壓工序中，控制滾壓壓入量為0.05、.25mm。
【文檔編號(hào)】C21D8/00GK104328261SQ201410543807
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】趙秀明, 王章忠, 胡期翔, 毛向陽(yáng), 王占花, 陶學(xué)偉 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院