一種螺栓及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種螺栓及其加工方法，尤其涉及一種汽車用引擎蓋支架固定螺栓， 屬于螺栓加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺栓是一種應(yīng)用非常廣泛的配件，從航空航天到日常生活都離不開它。正由于螺 栓在機械構(gòu)件中起著連接、緊固、定位、密封等作用，除了簡單作定位的螺栓之外，螺栓在安 裝時都需要擰緊，因此，都承受靜拉伸載荷。如連桿螺栓，缸蓋螺栓等，除受到軸向預(yù)緊拉伸 載荷的作用外，通常還會在工作過程中受到附加的軸向拉伸（交變）載荷，橫向剪切（交 變）載荷或由此復(fù)合而成的彎曲載荷的作用，有時還有沖擊載荷。通常情況下，附加的橫向 交變載荷會引起螺栓的松動，軸向交變載荷會引起螺栓的疲勞斷裂，而在環(huán)境介質(zhì)的作用 下，軸向拉抻載荷則會引起螺栓的延遲斷裂。根據(jù)強度的不同，螺栓可以分為普通螺栓和高 強度螺栓。與普通螺栓相比，高強度螺栓有許多優(yōu)點：現(xiàn)場組裝用時短，對生產(chǎn)影響小，使 用壽命長，適用構(gòu)件范圍廣，連接安全可靠，具有較好的工藝性和經(jīng)濟性。正是因為高強度 螺栓的這些優(yōu)點，工業(yè)發(fā)達(dá)國家近年來出現(xiàn)了對高強度螺栓鋼和高強度螺栓集中研究的現(xiàn) 象，并開發(fā)出了一系列超高強度螺栓鋼及超高強度螺栓。
[0003] 超高強度螺栓鋼及超高強度螺栓，尤其是汽車用引擎蓋支架固定螺栓應(yīng)滿足高的 抗拉強度，以便抵抗拉長、拉斷、滑扣和磨損；有較高的塑性和韌性，以減少對偏斜、缺口應(yīng) 力集中的表面質(zhì)量的敏感性；對在潮濕大氣或腐蝕氣氛環(huán)境下工作的螺栓，要求具有足夠 低的延遲斷裂敏感性；對承受交變載荷和沖擊載荷的螺栓，要求有較高的疲勞抗力和多次 沖擊拉伸抗力，以抵抗疲勞、多沖斷裂；當(dāng)汽車用引擎蓋支架固定螺栓在嚴(yán)寒地區(qū)使用時， 還要求螺栓具有低的韌一脆轉(zhuǎn)化溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，提供一種不僅強度、硬度較高，塑性、韌性較 好，而且還具有較好的耐蝕性及韌一脆轉(zhuǎn)化溫度的螺栓，特別適合用于固定汽車引擎蓋支 架的螺栓。
[0005] 本發(fā)明的上述目的可以通過以下技術(shù)方案得以實施：一種螺栓，自上而下順次包 括頭部、固定區(qū)段、負(fù)荷作用區(qū)段且三者一體成型，所述負(fù)荷作用區(qū)段的外緣設(shè)有螺紋，所 述頭部的下半部分呈圓柱形，上半部分為圓錐形且置于下半部分的上端，所述螺栓由高強 度螺栓鋼加工而成，所述螺栓鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成：C:0. 18% -0.23% ; Mn :0? 70% -1. 00%;Si 彡 0? 10%，A1 :0? 02% -0? 20%，S 彡 0? 030%;P 彡 0? 030%，其余為 Fe〇
[0006] 現(xiàn)有普通的螺栓鋼42CrMo的化學(xué)成分是C :0. 38-0. 45 % ;Mn :0. 50-0. 80 % ; Cr ：0. 80-1. 20%；Mo ：0. 15-0. 25%；Si ：0. 17-0. 37 % ；S ^ 0. 0035 % ；P ^ 0. 0035%； Ni < 0. 030% ;Cu < 0. 030% ;其余為Fe。首先，本發(fā)明在普通的高強度螺栓鋼42CrMo的 基礎(chǔ)上降低了碳（0,從而改善鋼的冷變形能力，提高螺栓鋼的塑性和韌性，并在42CrMo的 基礎(chǔ)上提高錳（Mn)含量，以彌補因降碳和省略鉻（Cr)而造成的強度和淬透性的損失，進一 步提高螺栓鋼的淬透性，進而提高螺栓鋼的硬度和強度。其次，盡管硅（Si)有輕微的強化 作用，也輕微能改善鋼的韌性，與合金鋼中的鉬一起作用時，效果更好，但是過量的硅會嚴(yán) 重影響鋼的焊接性能，因此，本發(fā)明螺栓鋼適當(dāng)降低了硅的含量，將硅的含量控制在〇. 10% 以內(nèi)。再者，本發(fā)明螺栓鋼在42CrM〇的基礎(chǔ)上不僅省略了 Cr以及雜質(zhì)中的Ni、Cu，還額外 添加了 A1，用以細(xì)化晶粒，與硅產(chǎn)生協(xié)同作用，進一步提高螺栓鋼的沖擊韌性。最后，本發(fā)明 螺栓鋼通過降低S含量進而減少螺栓鋼中的非金屬夾雜物，改善鋼的韌塑性，提高螺栓鋼 變形能力的效果，通過降低P含量進而降低螺栓鋼的變形抗力，同時減少P、S在晶界的偏聚 而減輕晶界脆化。因此，降低鋼中的P、S含量不僅可以改善鋼的冷鐓性能，還可以改善鋼的 耐延遲斷裂性能。
[0007] 由于化學(xué)成分的改變，其顯微組織也發(fā)生改變，本發(fā)明的螺栓不僅在強度和硬度 上能夠達(dá)到高強度螺栓鋼應(yīng)有的要求，還極大地提高了螺栓的塑性和韌性，且顯著提高了 螺栓的耐蝕性及韌-脆轉(zhuǎn)化溫度，使其及其適合用于固定汽車引擎蓋支架。
[0008] 在上述的螺栓中，作為優(yōu)選，所述的螺栓鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成： C ：0. 20% -0. 22% ；Mn ：0. 80% -1. 0% ；Si ^ 0. 10%, A1 ：0. 02% -〇. 10%, S ^ 0. 035% ； P < 0? 03%，其余為 Fe。
[0009] 進一步優(yōu)選，所述的螺栓鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成：C :0. 20% ;Mn : 0.80% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0? 15%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余為 Fe。
[0010] 進一步優(yōu)選，所述的螺栓鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成：C:0. 22% ;Mn: 0.90% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0? 12%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余為 Fe。
[0011] 進一步優(yōu)選，所述的螺栓鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成：C:0. 18% ;Mn: 1.00% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0.02%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余為 Fe。
[0012] 進一步優(yōu)選，所述的螺栓鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的化學(xué)成分組成：C:0. 23% ;Mn: 0.70% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0.20%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余為 Fe。
[0013] 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述螺栓的加工方法，所述加工方法包括如下 步驟：
[0014] S1、前處理：將如上所述化學(xué)成分的螺栓鋼原料先進行酸洗除銹、風(fēng)干，然后將風(fēng) 干后的原料在780-800°C下進行球化退火處理，均溫處理5h-8h后進行磷化處理及拉絲；
[0015] S2、成型：將經(jīng)上述處理后的原料在鐓鍛力的作用下形成螺栓所需的形狀，并依次 進行車削、銑槽、搓絲得螺栓半成品；
[0016] S3、熱處理：將螺栓半成品在520-540°C保溫40-80min，升溫至860-900°C保溫 40-80min，快速降溫至 520-550°C保溫 70-100min，加熱至 860-900°C保溫 40-80min，然后自 然冷卻至室溫；
[0017] S4、表面處理：將熱處理后的螺栓半成品清洗除油、拋丸后，在黑色達(dá)克羅涂液中 浸涂或噴涂，再經(jīng)ll〇_125°C烘烤8-15min，然后在340-350°C下固化25-35min，制得具有黑 色達(dá)克羅涂層的螺栓成品。
[0018] 本發(fā)明螺栓的加工方法先將原料螺栓鋼進行前處理，包括球化退火處理、磷化處 理等，然后加工成型得螺栓，通過滲碳熱處理進一步提高螺栓的硬度，使硬化層深度達(dá)到 0. 2-0. 4_，最后通過自發(fā)式黑色達(dá)克羅處理在螺栓表面形成黑色水性有機涂層，使其膜層 具有極強的附著力、潤滑性、消光、耐熱性、耐蝕性，進而顯著提高螺栓的表面硬度、強度、耐 蝕性，并保證螺栓的韌性、塑性。
[0019] 為了保證涂層完善的性能，在黑色底涂上增加透明頂涂層，構(gòu)成完整的黑色達(dá)克 羅涂層體系。封閉層是采用硅酸鹽水性涂料，設(shè)備與達(dá)克羅設(shè)備相同，固化溫度相同，固化 時間為4-8min。該涂層作為面層涂覆在黑色達(dá)克羅涂層表面，可以提高黑色達(dá)克羅的耐腐 蝕能力和表面硬度。即步驟S4表面處理在黑色達(dá)克羅處理的固化后還包括封閉處理，封閉 處理在硅酸鹽水性涂料中進行，封閉處理的固化溫度為340-350°C，固化時間為4-8min。
[0020] 作為優(yōu)選，在上述螺栓的加工方法中，步驟S4表面處理中所述的黑色達(dá)克羅涂 液包括如下組分（按重量份計數(shù)）：50份環(huán)氧樹脂；20-40份黑色顏料；50-60份鋅粉； 0. 1-0. 5份分散劑；0. 5-3份醇溶劑；2-10份鉻酸溶液；40-100份有機溶劑。
[0021] 現(xiàn)有技術(shù)中的黑色達(dá)克羅涂料一般含有鋁粉，含鋁粉的達(dá)克羅涂層外觀顏色白 亮，加入黑色顏料時，增加黑色遮蓋的難度，為使涂層呈黑色必須加入較多的顏料，從而增 加均勻分散的難度，并較大的影響涂層性能。本發(fā)明黑色達(dá)克羅涂料中不含鋁粉，只加入片 狀鋅粉，降低涂層的白度和亮度，降低黑色遮蓋的難度，提高黑度。
[0022] 進一步優(yōu)選，黑色達(dá)