专利名称：一种高强度紧固件及其处理方法
技术领域：
本发明涉及一种紧固件的处理方法，尤其涉及一种高强度紧固件及其处理方法。
背景技术：
紧固件的材料主要采用钢材，根据用途不同主要有35CrMo、40Cr、42CrMo、SCM435、40CrMnMo等，但是现有的制作紧固件的钢材由于其化学成分配伍不合理，导致 其力学性能不能满足要求。现有技术为了改进材料力学性能的不足，采用改进其多种处理方法来提高材料的力学性能和表面性能。中国专利申请(公开号CN101037718A)涉及一种提高42CrMo力学性能的热处理方法，采用以下步骤第一步，正火840 860°C彡5h，出炉空冷至室温；第二步，回火600 620°C彡6h,出炉空冷至室温；第三步，调质840 860°C彡5h,油冷60 70分钟后空冷，淬火油添加8 %的复合剂，零件温度空冷至200°C左右时回火，回火温度460 4800C ^ 6h,出炉空冷至室温。虽然该方法在一定程度上能提高42CrMo钢的力学性能，但是由于42CrMo本身化学成分的限制，不仅力学性能特别是塑性和韧性无法达到高强度紧固件的要求，而且该方法也没有经过表面处理。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种不仅强度、硬度较高；而且塑性和韧性都能达到要求的高强度紧固件。本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施一种高强度紧固件，该紧固件是由改进后的高强度42CrMo钢加工而成，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成C 0. 38% -O. 48% ；Mn 0. 15% -O. 50% ；Cr 0. 8% -I. 2% ；Mo 0. 25% -I. 0% ；Si 0. 05% -0. 16% ；S < 0. 020% ；P < 0. 020% ；Ni < 0. 020% ；Cu < 0. 020%其余为Fe。现有普通的42CrMo钢的化学成分如表I所示表I
C I Si I Mn I S I P I Cr I Mo I Ni I Cu O. 38 ' O. 17 O. 50 < < O. 90 O. 15 义
彡O.030
O. 48 O. 37 0.80 0.035 0.035 1.20 0.25 0.030__本发明在普通的42CrMo钢的基础上降低了硫⑶、磷(P)，硅(Si)，锰(Mn)的含量，并增加了 Mo的含量，不仅在强度和硬度上能够达到高强度螺栓钢42CrMo的要求，而且由于化学成分的改变，其显微组织也发生改变，奥氏体晶粒变细，塑性和韧性得到了很大的提高，使其满足10. 9级紧固件的最低要求。降低硫含量可提高钢的变形能力；降低磷含量会使钢的变形抗力减小。因此，降低磷、硫含量不仅可以改善钢的塑韧性和耐延迟断裂性能，还可以改善钢的加工性能。在上述的高强度紧固件中，作为优选，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成C 0. 40% -O. 42% ；Mn 0. 18% -O. 22% ；Cr 0. 9% -I. 1% ；Mo 0. 6% -I. 0% ；Si 0. 06% _0. 10% ；S < 0. 010% ；P < 0. 010% ；Ni < 0. 010% ；Cu < 0. 010%其余为Fe。本发明的另一个目的在于提供该高强度紧固件的处理方法，该方法除了采用普通的机械加工加工成紧固件半成品外还包括以下步骤(I)、热处理将机械粗加工的紧固件半成品先正火处理，温度为870-910°C，保温时间为10-20小时，出炉空冷至室温；然后回火处理，温度为680-700°C，保温时间为10-20小时；出炉空冷至室温；再调质处理在920-960°C条件下用淬火油进行淬火处理，油冷80-120分钟空冷，冷至200°C左右时回火，回火温度600-650°C，保温时间6_15小时；出炉
空冷至室温；(2)、发黑处理将上述经过热处理后的紧固件粗品经过除油、酸洗除锈后在pH值为I. 5-3. 5的条件下常温发黑处理10-20分钟，常温发黑处理处理后经过清洗，然后立即作脱水封闭处理后即得成品。现有普通的机械加工包括热锻、冷锻、粗车、钻孔、精车和螺纹加工(滚丝或搓丝、攻牙)等多种形式的加工方法，本领域普通技术人员可以根据需要选择不同的机械加工方法。本发明步骤(I)中正火处理和调质处理两种热处理方法，其中经过正火处理和调质处理后，材料不变形、硬度高，硬化层深度深，力学性能的抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率都得到大幅度提高。其中调质处理是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使紧固件具有良好的综合机械性能。调质处理过程在高温回火时，会出现二次硬化效应。随着回火温度的升高，钢的强度、硬度降低，塑性、韧性升高。本发明的高强度紧固件钢的Mo元素含量较高，提高了钢的回火抗力；在5501以上温度回火时析出合金碳化物而产生二次硬化，强度和硬度随回火温度的升高变化不大；但当回火温度高于约650°C，强度和硬度急剧下降；在C原子的同溶强化作用逐渐消失和合金元素的弥散强化作用逐渐加强的共同作用下，随着回火温度的升高，塑性变化不大，而韧性不受弥散强化效应的影响，所以大幅度提高。而淬火温度的提高，本发明的高强度紧固件钢受晶粒粗化和二次硬化效应的综合影响，其强度和硬度表现出先升后降的趋势，强度由升到降的临界奥氏体化温度约为960°C，塑性和韧性逐渐下降，且韧性下降的速度较快。作为优选，步骤⑴中所述的正火温度为880_900°C，时间为15_18小时。调质处理中淬火温度为930-950°C，回火处理温度为620-640°C，，回火时间为8_10小时。步骤(2)中发黑处理是在常温条件下进行的，发黑处理可以使本发明紧固件表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜。常温发黑处理具有节约能源和时间、操作方便、成本较低、无环境污染的优点。作为优选，常温发黑处理时采用的发黑液由主成膜剂和添加剂组成，其中所述的添加剂由辅助成膜剂、pH值缓冲剂、发黑稳定剂、速度调整剂和表面润湿剂中一种或多种组成；发黑处理的pH值为2. 0-3. O，发黑处理时间为12-15分钟。其中主成膜剂有二氧化硒和硫酸铜组成，但是发黑液由单纯的主成膜剂组成在紧固件表面生成的发黑膜疏松多孔，结合力较差，必须加入添加剂可以得到一种复合组成的发黑膜，提高了膜的致密性和结合力。其中辅助成膜剂为磷酸二氢铁、磷酸、磷酸-磷酸二氢钾中的一种，PH值缓冲剂主要是一些弱酸如草酸、甲酸等。速度调整剂由柠檬酸、酒石酸盐、对苯二酚、葡萄糖酸盐、三乙醇胺一种或多种组成；发黑稳定剂由柠檬酸及其盐、抗坏血酸等组成。表面润湿剂有十二烷基硫酸钠、OP-IO —种或两种组成。如本发明的高强度紧固件可以采用下述组分的发黑剂在常温下发黑五水硫酸铜4-8g/L ;二氧化硒4-8g/L ;辅助成膜剂磷酸-磷酸二氢钾2-5g/L ;速度调整剂柠檬酸10-15g/L ；pH值缓冲剂草酸3-5g/L ;发黑稳定剂抗坏血酸10ml/L。高强度紧固件发黑膜膜层性能随发黑液中pH值的变化而改变的情况。即当pH值较低对，出于成膜反应快，膜层疏松，当pH值较高时，由于成膜反应变慢，当发黑时间相同时，外观变差，发黑膜较薄但致密，结合力升高但耐蚀性下降。常温发黑适宜的pH值范围 为PH= 2 3。在发黑液pH值一定的条件下，常温发黑膜膜层性能与发黑时间有关。时间太短，发黑膜薄，成膜反应不完全，耐蚀性差；时间过长，发黑膜太厚，附着物多，结合力差。经过上述处理后的紧固件可以为六角螺栓、紧固螺栓等系列产品。综上所述，本发明具有以下优点I、本发明的高强度紧固件在42CrMo钢的基础上降低了硫⑶、磷⑵，娃(Si)，锰(Mn)的含量，并增加了 Mo的含量，不仅在强度和硬度上能够达到要求，而且塑性和韧性得到了很大的提高，此外还可以改善紧固件钢的加工性能。2、本发明的高强度紧固件加工方法采用较为优化的热处理方法，经过正火和调质处理后，可以获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的高强度紧固件。3、本发明的高强度紧固件加工方法采用常温发黑处理，发黑处理后的紧固件表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜，使用寿命长。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。表2 :本发明高强度紧固件钢的化学成分(按质量百分数％ )
权利要求
1.一种高强度紧固件，该紧固件是由改进后的高强度42CrMo钢加工而成，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成C 0. 38% -O. 48% ；Mn 0. 15% -O. 50% ；Cr 0. 8% -I. 2% ；Mo 0. 25% -L 0% ；Si 0. 05% -0. 16% ；S < 0. 020% ；P < 0. 020% ；Ni < 0. 020% ；Cu < 0. 020% 其余为Fe。
2.根据权利要求I所述的高强度紧固件，其特征在于所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成C 0. 40% -O. 42% ；Mn 0. 18% -O. 22% ；Cr 0. 9% -I. 1% ；Mo 0. 6% -L 0% ；Si 0. 06% -0. 10% ；S < 0. 010% ；P < 0. 010% ；Ni < 0. 010% ；Cu < 0. 010% 其余为Fe。
3.一种高强度紧固件的处理方法，该方法除了采用普通的机械加工加工成紧固件半成品外还包括以下步骤 (1)、热处理将机械粗加工的紧固件半成品先正火处理，温度为870-910°C，时间为10-20小时，出炉空冷至室温；然后回火处理，温度为680-700°C，时间为10-20小时；出炉空冷至室温；再调质处理在920-960°C条件下用淬火油进行淬火处理，油冷80-120分钟空冷，冷至200°C左右时回火，回火温度600-650°C，回火时间6_15小时；出炉空冷至室温； (2)、发黑处理将上述经过热处理后的紧固件粗品经过除油、酸洗除锈后在pH值为I.5-3. 5的条件下常温发黑处理10-20分钟，常温发黑处理处理后经过清洗，然后立即作脱水封闭处理后即得成品。
4.根据权利要求3所述的高强度紧固件的处理方法，其特征在于步骤(I)中所述的正火温度为880-900°C，时间为15-18小时。
5.根据权利要求3或4所述的高强度紧固件的处理方法，其特征在于步骤(I)调质处理中淬火温度为930-950°C，回火处理温度为620-640°C，，回火时间为8_10小时。
6.根据权利要求3所述的高强度紧固件的处理方法，其特征在于步骤(2)中常温发黑处理时采用的发黑液由主成膜剂和添加剂组成，其中所述的添加剂由辅助成膜剂、PH值缓冲剂、发黑稳定剂、速度调整剂和表面润湿剂中一种或多种组成。
7.根据权利要求3或6所述的高强度紧固件的处理方法，其特征在于发黑处理的pH值为2. 0-3. 0，发黑处理时间为12-15分钟。
全文摘要
本发明提供了一种高强度紧固件及其处理方法。它解决了现有的紧固件强度及硬度不高的问题。本高强度紧固件，该紧固件是由改进后的高强度42CrMo钢加工而成，所述的改进后的高强度42CrMo钢由以下质量百分数的化学成分组成C0.38％-0.48％；Mn0.15％-0.50％；Cr0.8％-1.2％；Mo0.25％-1.0％；Si0.05％-0.16％；S＜0.020％；P＜0.020％；Ni＜0.020％；Cu＜0.020％，其余为Fe。本高强度紧固件具有强度、硬度高的优点。
文档编号C23F17/00GK102943207SQ20121046809
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者谢亚平 申请人:谢亚平