[發明專利]一種Fe-Mn-Si形狀記憶合金防松螺栓及其制造和使用方法

無效

• 申請號: 201310018357.8
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103103456A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 林成新;劉志杰;劉林林;郭寶喜
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C21D7/02;C21D7/13;C21D8/00;C21D8/06;F16B39/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

技術領域

本發明涉及一種Fe-Mn-Si形狀記憶合金防松螺栓及其制造和使用方法。

背景技術

螺紋連接是現代結構和機械設備常用的連接方式之一。一般螺紋連接都具有自鎖性，但受到較大振動、變載、沖擊作用或溫度變化較大時，螺紋連接易出現松動、松脫、疲勞斷裂，導致連接失效。

螺紋連接的使用實踐及防松性能試驗、疲勞強度試驗證明：松動失效是承受交變載荷作用下螺紋連接的主要失效形式之一。松動將引起連接預緊力減小甚至喪失，使連接失效，造成事故。螺紋連接松動的主要原因是：螺紋連接在配合的螺紋牙之間存在一定嚙合間隙，在受到橫向載荷（振動、沖擊和載荷）作用時，螺母與螺栓之間能產生不同頻率的振動，使得螺旋副的摩擦力矩急劇下降，瞬時可減小到0，破壞螺旋副自鎖條件，導致螺母自動回轉松動。因此，螺紋牙間嚙合間隙是導致螺母松動的根本原因，而嚙合間隙的大小，是由螺栓與螺母的標準公差帶（取決于制造精度）所決定的。制造精度越高，嚙合間隙就越小，但螺栓和螺母的加工成本就會越高。因此，在不增加加工成本的前提下，提高螺栓和螺母的加工精度，最大程度地減小螺紋牙間的嚙合間隙，甚至產生過盈配合，是解決螺紋連接松動的關鍵所在。據有關資料統計，世界各國每年機械設備因緊固件松動、松脫、疲勞斷裂所造成直接經濟損失達數十億美元以上。因此，如何簡單、有效地防止螺母的松動問題已經成為亟待解決的問題。

近幾年來，國內外在螺紋連接防松的研究方面已經作了許多的工作，研制成功了一些新型的防松螺母，并取得了一定的成效。這些螺母多從結構角度進行改進，采用摩擦防松的機理來達到防松的目的。如ST2型防松螺母、凹凸型防松螺母、鍥緊自鎖螺母、加鍵防松螺母等，這些防松方法雖然在某些工作狀況下取得一定的防松效果，但是它們或者防松性能不十分可靠，或者因其需要輔助零件、輔助加工帶來使用上的不便，或者從根本上改變可拆連接的性質，或者因成本過高不易推廣。總之，從結構入手并沒有使螺母的松動問題得到盡善的解決。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種Fe-Mn-Si形狀記憶合金及其制備方法和應用。本發明主要利用Fe-Mn-Si形狀記憶合金的形狀記憶效應而進行螺紋連接防松，有效解決螺紋連接松動及松脫問題，尤其適用于機械內部操作空間小不易實施其他防松措施的螺紋連接。

本發明采用的技術手段如下：

一種Fe-Mn-Si形狀記憶合金防松螺栓，其特征在于：其材料按質量百分比由以下成分組成：

C：0.02%～1.2%；

Mn：13%～24.9%；

Si：2%～6%；

Ni：1%～7%；

Cr：0.5%～12%；

V：0%～2%；

余量為Fe。

作為優選，其材料按質量百分比由以下成分組成：

C：0.02%～1.0%；

Mn：15%～20%；

Si：3%～6%；

Ni：1%～6%；

Cr：2%～12%；

V：0%～2%；

余量為Fe。

本發明還提供了上述Fe-Mn-Si形狀記憶合金防松螺栓的制造方法，其特征在于包括如下步驟：

①鑄錠處理：將原料按預設的配比混合后采用真空感應熔煉爐熔煉；熔煉時，待原料全部溶化，保溫30min-40min后模澆鑄成鑄錠；將鑄錠在950℃-1100℃下均勻化退火24h-30h后切去帽口，車去外皮，熱鍛成圓柱形棒料，在550℃～780℃下熱拔成絲材；

②螺栓毛坯的制造：采用螺栓生產的冷鍛工藝將絲材制造成螺栓毛坯；

③拉伸變形：將螺栓毛坯在拉伸試驗機上用夾頭進行3%-8%的拉伸變形；

④螺紋加工：采用搓或滾絲板對螺栓毛坯進行螺紋加工或采用車削加工法對螺栓毛坯進行螺紋加工。

作為優選，所述步驟③之前還包括提高形狀記憶效應的步驟，所述提高形狀記憶效應的步驟為采用拉伸預變形或形變強化法。

作為優選，所述拉伸預變形是將螺栓毛坯在拉伸試驗機上進行4%～10%的拉伸變形，在300℃～500℃下進行回復退火的訓練工藝；所述形變強化法為在300℃～800℃下對螺栓毛坯進行1%～20%的變形的形變強化工藝。

本發明還提供了上述Fe-Mn-Si形狀記憶合金螺栓的使用方法，其特征在于：按照Fe-Mn-Si形狀記憶合金螺栓的預緊力矩，將螺栓加熱到350℃～500℃，保溫10min-20min使其與相匹配的螺母固定。