一種螺釘的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種緊固件，具體涉及一種螺釘，屬于合金材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 緊固件在市場上也稱為標準件，是將兩個或兩個以上的零件（或構件）緊固連接 成為一件整體時所采用的一類機械零件的總稱。它的特點是品種規格繁多，性能用途各異， 而且標準化、系列化、通用化的程度極高。緊固件是應用最廣泛的機械基礎件，需求量很大。 常用的緊固件包括螺栓、螺釘等。
[0003] 螺絲，是前端有尖頭的那種，螺距較大，一般用于緊固木制件、塑料件，常見于機 械，電器及建筑物等，一般為金屬制造，呈圓筒形，表面刻有凹凸的溝，如一個環繞螺絲側面 的傾斜面，讓螺絲可緊鎖著螺絲帽或其他物件。螺絲的頂部直徑較大，可呈圓形或等六邊 形，讓工具如螺絲起子或扳手可轉動螺絲。較突出的頂部亦令螺絲不會鉆得太深入而穿過 物料，及提高螺絲對物料的壓力。
[0004] 現有的螺釘都是采用整體金屬結構，仍有很多問題存在，如質量重，用料成本高， 耐磨性、硬度、防銹性能、耐腐蝕性能、耐高低溫性能、脆性、韌性等一般，在很多場合還不能 滿足生產的要求，還需要進一步改進，以提高生產效率，降低成本，提高安全性，延長螺釘的 使用壽命。
【發明內容】
[0005] 本發明目的是為了提供一種機械性能較好、耐磨損、使用壽命久的螺釘。
[0006] 本發明的上述目的可通過下列技術方案來實現：一種螺釘，所述的鋼由以下 成分（以質量百分比計）組成：C:0· 15-0. 20%，Si:0· 12-0. 18%，Μη:1· 2-1. 6%，Cr: 1. 30-1. 60 %,Ti：0. 03-0. 1 %,Nb：0.l-〇. 2 %,V：0. 002-0. 005%,Sc：0. 02-0. 10 %,Ni： 0. 01-0. 03%,B：0. 005-0. 20%,Tb：0. 03-0. 10%,Cu^ 0. 03%,P^ 0. 03%,S^ 0. 03%, 余量為Fe以及不可避免的雜質元素。
[0007] 本發明使用的鋼中C含量為0. 15-0. 20%，是一種低碳鋼，塑性和韌性較好，淬透 性較高，經滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，所以具有較高的低溫沖擊韌性 良好的加工性，且加工變形微小，抗疲勞性能相當好。在本發明螺釘合金鋼中，若碳含量過 高，會導致鋼的心部的韌性下降，所以本發明將C含量為0. 15-0. 20%，從而保證鋼的心部 有足夠的塑性和韌性。
[0008] 由于低碳鋼的強度和硬度會相對較低，本發明適當增加了Μη的含量，以提高鋼的 強度和硬度。同時，本發明的鋼中還同時含有Nb、Ti、V三種微量元素，與Μη元素起協同作 用，共同提高鋼的強度和硬度。因為，Nb、Ti、V三種微量元素不僅可以細化晶粒，還可以得 到更高體積分數的彌散分布Nb(C，N)，（Nb、Ti) (C，N)，和V(C，N)析出顆粒，因此，可以同時 起到細晶強化和彌散強化的作用。此外，Μη元素與還與鋼中含有的Cr、Ni、B三種元素起協 同作用，提高鋼的淬透性，從而使鋼經滲碳淬火后提高鋼的心部的強度和韌性。所以，綜合 以上兩點因素，本發明提高了Μη元素在鋼中的含量，將Μη元素的含量控制在1.2-1.6%范 圍內。
[0009] 另外，由于本發明的鋼在后續需要進行滲碳處理，而滲碳處理后鋼的組織粗化，力 學性能也會隨之下降。因此，針對此問題，本發明鋼中添加有微量的稀土元素Sc和Tb，因 為，經實驗表明，鋼在長時間加熱滲碳熱處理過程中，加稀土元素具有阻止晶粒長大和提高 力學性能的作用，且效果非常顯著，鋼的滲碳層的彎曲強度，斷裂韌性較高。而且，在鋼中 添加稀土元素，還可以提高鋼的耐磨性，降低磨損量。
[0010] 作為優選，所述的鋼由以下成分（以質量百分比計）組成：c:0. 16-0. 18%，Si: 0. 13-0. 16 %,Μη：1. 3-1. 5 %,Cr：1. 50-1. 60 %,Ti：0. 05-0. 08 %,Nb：0. 12-0. 16 %,V： 0. 002-0. 004%,Sc：0. 03-0. 08%,Ni:0.015-0. 025%,B：0. 008-0. 15%,Tb：0. 05-0. 08%, Cu彡0. 03%，P彡0. 03%，S彡0. 03%，余量為Fe以及不可避免的雜質元素。
[0011] 本發明的另一個目的在于提供上述螺釘的制備方法，所述的制備方法包括如下步 驟：
[0012] 稱取如上述組成成分及其質量百分比的原料，制成鋼材；
[0013] 將鋼材依次進行正火處理、機械加工、熱處理得螺釘坯件；
[0014] 將螺釘坯件依次進行除油除銹、活化處理、發黑處理、鈍化處理，即可制得螺釘成 品。
[0015] 在上述螺釘的制備方法中，作為優選，所述的正火處理為等溫正火處理，所述等溫 正火處理的溫度為930-950°C，保溫200-250min，正火處理完成出爐后用1. 5KW排風扇降 溫。正火處理為等溫正火處理，由于本發明螺釘合金鋼中的碳含量較低，屬于低碳鋼，切削 加工性不佳，而正火處理可以改善其切削加工性。所以本發明螺釘在成型后經過了正火處 理，改善了鋼材的顯微組織、消除了殘余應力，改善了切削加工性，為隨后進行的機械加工 做好準備。而且，本發明鋼材采用的是等溫正火處理，解決了普通正火處理時由于堆冷存在 的堆內外及其它因素造成的冷卻條件相差較大，而導致鋼材局部由于冷速過快形成粒貝非 平衡組織，而鋼材一些部位由于冷速過慢析出過多先共析鐵素體而太軟的現象，從而可以 獲得均勻組織，將鋼材的硬度控制在一定范圍內，更利于后續機械加工的進行。
[0016] 在上述螺釘的制備方法中，作為優選，所述的熱處理包括滲碳處理和回火處理，所 述的滲碳處理為先升溫至890-910°C，保溫70-90min，再降至880-900°C，保溫30-50min， 然后降至820-840°C，保溫20-40min，最后空冷至室溫；所述回火處理的溫度為150-180°C， 回火處理的時間為100-140min。由于本發明鋼材的碳含量較低，屬于低碳鋼，所以使用本發 明鋼材制備得到的螺釘坯件先進行滲碳處理，使碳原子滲入到螺釘坯件的表面層，使螺釘 坯件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和回火，使螺釘坯件表面層具有高硬度和耐磨性，而 螺釘坯件的心部仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。本發明熱處理中的滲碳處理通過三階段 不同溫度下的淬火處理，先消除滲碳層網狀碳化物及細化心部組織，然后改善滲層組織，進 一步提高螺釘的硬度和耐磨性。
[0017] 在上述螺釘的制備方法中，作為優選，除油除銹處理的溫度為30_50°C，處理時間 為5-10min，所用的處理液為：硫脲2. 5-3. 5g/L，磷酸二氫鈉3-8g/L，0P-105-12ml/L。本發 明除油除銹處理簡化了前處理操作，除油除銹效果好，螺釘表面光潔，無過蝕和氫脆現象。 鹽酸、硫酸酸基的清洗劑應用較為廣泛，成本低，效率較高，但是酸洗殘留的C1、S042對螺 釘的后腐蝕危害很大。本發明采用的磷酸酸基沒有腐蝕物殘留的隱患，更為環保、安全。
[0018] 在上述螺釘的制備方法中，作為優選，活化處理采用的處理液為：硝酸 120-160ml/L，40%的氫氟酸200-210ml/L。活化是去除發黑件表面氧化膜，使之裸露出活性 表面，可明顯提高發黑膜的均勻度和附著力。
[0019] 在上述螺釘的制備方法中，作為優選，發黑處理所用的處理液為：CuS04 1. 5-2.Og/L，（NH4)6Mo70218-20g/L，Na2S2033. 0-3.6g/L，NiS04 1. 4-1.8g/，ZnCl2 3. 2-3. 5g/ L。進一步優選，所述的發黑處理分兩步進行，第一步，pH為1. 2-1.6,處理時間為2-4min; 第二步，pH為3. 2-3.6,處理時間為4-8min，兩步處理均在常溫下進行。硫酸銅用量須嚴格 控制，濃度低，膜層附著力差；過高則膜層泛銅色。硫代硫酸鈉的濃度過高則不利于發黑液 的存放。
[0020] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0021] 本發明螺釘合金鋼的組成成分及其質量百分比配伍合理，經滲碳處理后具有硬而 耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性良好的加工性，螺釘的心部仍然保持 著韌性和塑性，再經表面的發黑處理，進一步提高了螺釘的強度、硬度、韌性、耐腐蝕性和耐 磨性，使本發明螺釘機械性能較好，螺釘硬度HRC達58-63,層深0. 7-1. 0,大大延長了使用 壽命。
【具體實施方式】
[0022] 以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并 不限于這些實施例。
[0023] 表1:本發明實施例1-5制備螺釘的鋼的組成成分及其質量百分比
[0024]
[0026] 實施例1
[0027] 分別稱取如表1實施例1中組成成分及其質量百分比的原料，制成鋼材。
[0028] 將鋼材先進行等溫正火處理，等溫正火處理的溫度為950 °C，保溫200min，正火處 理完成出爐后用1. 5KW排風扇降溫，然后機械加工成型，并進行熱處理得螺釘坯件；熱處理 包括滲碳處理和回火處理，所述的滲碳處理為先升溫至910°C，保溫70min，再降至900°C， 保溫30min，然后降至840°C，保溫20min，最后空冷至室溫；所述回火處理的溫度為180°C， 回火處理的時間為lOOmin。
[0029] 將螺釘坯件依次進行除油除銹（除油除銹處理的溫度為50°C，處理時間為5min， 所用的處理液為：硫脲3. 5g/L，磷酸二氫鈉3g/L，0P-1012ml/L)、活化處理（活化處理采用 的處理液為：硝酸120ml/L，40%的氫氟酸210ml/L)、發黑處理（第一步，pH為1.2,處理時 間為4min;第二步，pH為3.2,處理時間為8min，兩步處理均在常溫下進行，發黑處理所用的 處理液均為：CuS041.5g/L，（NH4)6Mo70220g/L，Na2S203 3.0g/L，NiS04 1.8g/，ZnCl23.2g/L)、 普通鈍化處理，即可制得螺釘成品。
[0030] 實施例2
[0031] 分別稱取如表1實施例2中組成成分及其質量百分比的原料，制成鋼材。
[0032] 將鋼材先進行等溫正火處理，等溫正火處理的溫度為945°C，保溫210min，正火處 理完成出爐后用1. 5KW排風扇降溫，然后機械加工成型，并進行熱處理得螺釘坯件；熱處理 包括滲碳處理和回火處理，所述的滲碳處理為先升溫至895°C，保溫85min，再降至885°C， 保溫45min，然后降至825°C，保溫35min，最后空冷至室溫；所述回火處理的溫度為155°C， 回火處理的時間為130min。
[0033] 將螺釘坯件依次進行除油除銹（除油除銹處理的溫度為35°C，處