[發明專利]一種非調質鋼螺栓制造過程中的冷作形變強化工藝

有效

• 申請號: 201410543807.X
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104328261A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 趙秀明;王章忠;胡期翔;毛向陽;王占花;陶學偉
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;汪慶朋

技術領域

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

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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100~200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。

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。