一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，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、時效處理工序、電鍍工序、探傷工序。在所述的拉拔工序中，預留一定的滾壓余量，與后續的滾壓工序形成復合形變強化效果；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；在所述的時效處理工序中，加熱溫度為200℃~450℃，保溫時間100~200分鐘。本發明提供的螺栓制造工藝，設備、工藝簡單，操作方便，不需要退火、調質處理，能夠節約大量的能源和時間；得到的螺栓有較好的表面硬度，能提高螺紋部分強度、螺栓的疲勞壽命和耐蝕性。
【專利說明】一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于無切削金屬機械加工，尤其涉及高強度螺栓加工方法。
【背景技術】
[0002]高強度螺栓是機械行業使用最為廣泛的緊固件，國內目前8.8級以上高強度螺栓大多采用中碳鋼或中碳合金鋼生產，而高強度螺栓的制造工藝中的球化退火工序和調質處理工序，這兩道工序耗時周期長，消耗大量能源。而非調質鋼形變強化緊固件省去了拉拔前球化退火和調質處理兩道周期長、能耗大的熱處理工序，具有節能減排，降低成本的特點，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，提高了產品質量。所以目前國內有廠家使用非調質鋼制作螺栓，但存在的問題是:目前非調質鋼螺栓制造工藝中強化螺栓強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度的增量，這樣制作出的螺栓強度只有8.8級，強度水平不高；且拉拔完的非調鋼線材表面可能會有殘留拉應力，會影響螺栓的抗疲勞性能，導致螺栓的疲勞壽命較短。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于為了解決現有技術的上述缺陷而提供一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝。在現有的非調質鋼螺栓加工過程中增加滾壓工序，提高螺栓強度，提高其疲勞壽命，提升產品質量。
[0004]本發明結合了冷拉拔和滾壓兩種不同的冷作形變強化方式。在相同形變量下，拉拔與滾壓復合形變導致強度增加的效果高于單一拉拔形變或單一滾壓形變。
[0005]拉拔與滾壓復合形變導致強度增加效果的提高主要與變形方式誘發組織結構變化相關。對鐵素體+珠光體型非調質鋼，在單一拉拔形變或滾壓形變外應力作用情況下，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，當冷拉拔變形量較小時，鐵素體晶粒內先產生大量位錯，此時位錯均勻、無規則分布，拉拔變形量進一步加大時，位錯大量增殖。紊亂的位錯相互糾集而形成高位錯密度區，與位錯密度相對較低的區域分割開，形成胞狀的亞結構，拉拔的基礎上進一步進行滾壓，位錯進一步增殖，且取向更加紊亂，在滾壓的周向力的作用下，位錯胞的進一步周向排列變形，取向發生變化。因此，對鐵素體+珠光體型非調質鋼螺栓進行拉拔與滾壓復合形變處理，其組織中鐵素體體逐漸轉變為取向雜亂，且尺寸細小的胞狀亞結構，這些亞結構對位錯的滑移阻礙效果更強，使鐵素體的變形抗力大大提高。
[0007]另一方面，對珠光體組織，根據珠光體片層與拉拔應力的方向，當與拉拔應力方向成Θ角(0〈θ〈90° )的珠光體片層，隨應力增加，其逐漸轉向與應力方向一致或平行。當施加滾壓處理，即進一步改變應力方向與原拉拔應力方向垂直時，這些平行的珠光體片層逐漸彎曲直至碎化；而與拉拔應力方向垂直(θ=0或90° )的珠光體片層，隨應力增加，其逐漸發生彎曲直至斷裂，當施加滾壓處理，碎化的珠光體形態變化不明顯。因此，對鐵素體+珠光體型非調質鋼進行拉拔與滾壓復合形變處理，其組織中珠光體完全轉變為碎化的珠光體。
[0008]所以，對于鐵素體+珠光體型非調質鋼，在冷拉拔形變基礎上復合滾壓形變，其鐵素體和珠光體進一步強化，因此，非調質鋼螺栓的變形抗力顯著提高，在同一形變量下，冷作拉拔與滾壓復合形變強化效果高于單一拉拔形變強化或滾壓強化。
[0009]本發明的目的通過以下技術方案來實現:
一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，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。最終可獲得滿足國家標準要求的9.8級和10.9級螺栓產品。
[0010]本發明的目的還可以通過以下技術解決措施來進一步實現:
前述一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，在所述的拉拔工序中，預留一定的滾壓余量，與后續的滾壓工序形成復合形變強化效果。
[0011]前述一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，根據加工Μ10，Μ12，Μ14, Μ16, Μ18, Μ20, Μ22 的螺栓，合理選用線材規格分別是:Φ11.6mm, Φ13.5mm, Φ15ι?πι,Φ 17mm> Φ 19mm, Φ21mm, C>23mm。拉拔后相應的工藝料的規格分別是: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 ；滾壓后相應的工藝料的規格分別是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]前述一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，控制滾壓壓入量為
0.05、.25mm，螺栓獲得表面強化效果，且滾壓完的工件表面質量較好。
[0013]在所述的滾壓工序和滾絲工序中，滾壓部位的長度大于或等于滾絲部位的長度，目的是對螺紋部分形成復合強化效果，提高螺栓強度。
[0014]與現有技術相比，優點是:1、滾壓后的工件表面光潔度較高，可提高螺栓的表面質量；2、滾壓工序可纖維化螺栓表面組織，增加組織中位錯密度，使螺栓獲得較好的表面硬度，提高螺紋部分強度；3、滾壓工序在螺栓表面引入殘留壓應力，可提高螺栓的疲勞壽命和耐蝕性；4、螺栓經過拉拔和滾壓復合形變強化，可提高螺栓整體強度，該高強度螺栓可全面達到GBT_3098.1中規定的9.8級、10.9級高強度螺栓的所有性能指標。且工藝簡單，操作方便，可節約能耗，降低成本。
【具體實施方式】
[0015]下面通過實施例對本發明作進一步說明:
根據要加工的螺栓的規格，選用合理線徑的線材，依序進行以下主要工序(拉拔工序、下料工序、滾壓工序、滾絲工序、時效處理工序、電鍍工序、探傷工序)制成螺栓。
[0016]實施例一
加工MlO螺栓方法:選用直徑為Φ11.3mm的非調質鋼線材，拉拔至Φ9.3mm，拉拔減面率35.72%，然后對其進行滾壓處理，滾壓壓入量為0.1mm,再進行滾絲處理和時效處理，其加熱溫度為200°C，保溫100分鐘，后進行電鍍和探傷，制成螺栓成品。本實施例中，螺栓抗拉強度Rm=970MPa，屈服強度σ p(l.2=780MPa，螺栓強度較線材強度增加52.3%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級螺栓標準要求。
[0017]實施例二
加工Μ12螺栓方法:選用直徑為Φ13.5mm的非調質鋼線材，拉拔至Φ11.3mm，拉拔減面率29.94%，然后對其進行滾壓處理，滾壓壓入量為0.15mm，再進行滾絲處理和時效處理，其加熱溫度為240°C，保溫120分鐘，后進行電鍍和探傷，制成螺栓成品。本實施例中，螺栓抗拉強度Rm=960MPa，屈服強度σ p(l.2=770MPa，螺栓強度較線材強度增加51.3%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級螺栓標準要求。
[0018]實施例三
加工M14螺栓方法:選用直徑為Φ 15mm的非調質鋼線材，拉拔至Φ 13mm，拉拔減面率24.9%，然后對其進行滾壓處理，滾壓壓入量為0.12mm，再進行滾絲處理和時效處理，其加熱溫度為280°C，保溫140分鐘，后進行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0019]本實施例中，螺栓抗拉強度Rm=950MPa，屈服強度σ p(l.2=760MPa,螺栓強度較線材強度增加50.3%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級螺栓標準要求。
[0020]實施例四
加工M16螺栓方法:選用直徑為Φ 17mm的非調質鋼線材，拉拔至Φ 15mm，拉拔減面率22.2%，然后對其進行滾壓處理，滾壓壓入量為0.14mm，再進行滾絲處理和時效處理，其加熱溫度為320°C，保溫150分鐘，后進行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0021 ] 本實施例中，螺栓抗拉強度Rm=940MPa，屈服強度σ p(l.2=755MPa,螺栓強度較線材強度增加49.2%，其性能滿足GBT_3098.1中9.8級螺栓標準要求。
[0022]實施例五
加工M18螺栓方法:選用直徑為Φ 19mm的非調質鋼線材，拉拔至Φ 17mm，拉拔減面率19.9%，然后對其進行滾壓處理，滾壓壓入量為0.18mm，再進行滾絲處理和時效處理，其加熱溫度為340°C，保溫160分鐘，后進行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0023]本實施例中，螺栓抗拉強度Rm=I 150MPa，屈服強度σ p(l 2=1040MPa,螺栓強度較線材強度增加57.5%，其性能滿足GBT_3098.1中10.9級螺栓標準要求。
[0024]實施例六
加工M20螺栓方法:選用直徑為Φ21πιπι的非調質鋼線材，拉拔至Φ 19mm，拉拔減面率18.1%，然后對其進行滾壓處理，滾壓壓入量為0.22mm，再進行滾絲處理和時效處理，其加熱溫度為380°C，保溫180分鐘，后進行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0025]本實施例中，螺栓抗拉強度Rm=I 140MPa,屈服強度σ p(l.2=1035MPa,螺栓強度較線材強度增加56.7%，其性能滿足GBT_3098.1中10.9級螺栓標準要求。
[0026]實施例七
加工M22螺栓方法:選用直徑為Φ23πιπι的非調質鋼線材，拉拔至Φ21.1mm，拉拔減面率15.8%，然后對其進行滾壓處理，滾壓壓入量為0.2mm，再進行滾絲處理和時效處理，其加熱溫度為400°C，保溫200分鐘，后進行電鍍和探傷，制成螺栓成品。
[0027]本實施例中，螺栓抗拉強度Rm=I 120MPa，屈服強度σ p(l 2=1120MPa，螺栓強度較線材強度增加55.2%，其性能滿足GBT_3098.1中10.9級螺栓標準要求。
[0028]基于上述，通過實施例一至七可知，本發明滾壓后的工件表面光潔度較高，可提高螺栓的表面質量；滾壓工序可纖維化螺栓表面組織，增加組織中位錯密度，使螺栓獲得較好的表面硬度，提高螺紋部分強度；而且滾壓工序在螺栓表面引入殘留壓應力，可提高螺栓的疲勞壽命和耐蝕性；此外,螺栓經過拉拔和滾壓復合形變強化,可提高螺栓整體強度,該高強度螺栓可全面達到GBT_3098.1中規定的9.8級、10.9級高強度螺栓的所有性能指標；本發明具有工藝簡單，操作方便，可節約能耗，降低成本。
[0029]除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，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，預留一定的滾壓余量，與后續的滾壓工序形成復合形變強化效果；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 ;在所述的時效處理工序中，加熱溫度為200°C ?450°C，保溫時間10(Γ200分鐘，出爐空冷。
2.根據權利要求1所述一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，其特征在于:在所述的滾壓工序中，將工件置于滾壓床上進行光滑滾壓處理，使其表面有一層形變強化層，與前道拉拔工序形成復合形變強化效果。
3.根據權利要求1所述一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，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留一定的余量，為后續的滾壓工序做準備，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.根據權利要求1所述的一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，其特征在于:WIM10，M12，M14，M16，M18，M20和M22的螺栓，選用線材規格分別是:Φ11.6mm,Φ 13.5mm, Φ 15mm, Φ 1 7mm、Φ 19mm, C>21mm和Φ23_ ;拉拔后相應的工藝料的規格分別是: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 ;滾壓后相應的工藝料的規格分別是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.根據權利要求1所述一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，其特征在于:在所述的滾壓工序和滾絲工序中，滾壓部位的長度大于或等于滾絲部位的長度，目的是對螺紋部分形成復合強化效果，提高螺栓強度。
6.根據權利要求2所述一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝，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】C21D8/00GK104328261SQ201410543807
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】趙秀明, 王章忠, 胡期翔, 毛向陽, 王占花, 陶學偉 申請人:南京工程學院