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用于制作螺栓螺丝的结构用钢和合金钢的开发

作者:管理员 来源: 日期:2015-7-14 16:27:53 人气:26 评论:0 标签:螺栓 螺丝 钢结构
众所周知,螺栓螺丝是汽车、土木建筑、产业机械等各领域广泛使用的零部件,其形状和强度因使用环境、用途和制作工艺的不同而不同,大部分以碳钢或合金钢的线棒材为材质。这主要是因为这些材质能充分保证各种螺栓螺丝所要求的强度和韧性,同时具有良好的加工性,并适合大批量生产。日本国标JIS中的碳钢及合金钢制连接用部件 标准范畴对螺栓螺丝必须使用的钢材和热处理做出了一定的规定。
  另外,近年来随着环保问题和全球化竞争的不断加剧,为降低生产成本,开始要求使用新型材料生产螺栓。例如,为减轻车身重量,降低燃耗,正在加快推进发动机用等螺栓的小型化,因此要求使用高强度材料,以提高螺栓强度。另外,对可以省略退火和调质等热处理,有助于抑制CO2排放和降低生产成本材料的需求,以及即使不添加高价合金元素,也能实现高强度等级的合金节约型合金钢的需求也越来越高。
  螺栓的作用在于连接和固定部件,因此其机械性能是首先值得关注的。在JIS中对于钢制螺栓的机械性能,规定了碳钢及合金钢制连接用部件的机械性能(JIS B 1051) 。
  强度等级为4.8~6.8的螺栓主要使用低碳钢系(C在0.25MASS%左右以下)冷锻压用线材(JIS SWRCH)。该强度等级钢为获得所需的螺栓强度,无需淬火回火(调质)处理,只需通过拉丝加工,然后进行冷锻压,将钢丝强度适当调整,就可生产出螺栓。关于该等级螺栓,由于制作工艺本来就简单,因此没有出现新的制作钢材和制作工艺改进的技术课题。
  强度等级为8.8~9.8的螺栓一般使用中碳钢系(C在0.40MASS%左右)的SWRCH线材制作。该等级螺栓在锻压后通过调质处理,可调整并确保螺栓的强度。由于材料强度较高,冷锻时的负荷增大,因此在锻压前通常要进行球化退火等软化处理,但目前已开始使用在低碳钢中添加硼的冷锻压用线材来制作该等级螺栓,它可以省略软化处理。尤其是,既可省略软化处理,又可省略调质处理的非调质螺栓用线材的使用量也开始增加了。
  强度等级为10.9的螺栓主要使用铬钢和铬钼钢等低合金调质钢,通过调质处理来对强度进行调整。近年来,为降低制作材料的成本和简化制作工艺,已越来越多地使用添加微量硼的硼钢(JIS SWRCHB等)替代添加高价铬和钼的钢。
  强度等级为12.9的螺栓主要使用铬钼钢并做调质处理。该强度等级螺栓为避免发生延迟断裂的危险,对渗磷作出了规定(JIS B 1051)。由于钢丝处理后的磷酸锌被膜在调质处理时会发生渗磷,为提高螺栓锻压时的加工性,因此在调质处理前要清除磷酸锌被膜,形成不含磷的石灰被膜。尤其是,还开发了润滑性比石灰被膜好的新型非磷被膜剂。强度等级超过12.9的螺栓如果使用普通钢材制作,发生延迟断裂的风险会进一步增大。
  因此,各公司都独自对钢的化学成分进行设计,提出了各种利用加工工艺改进抗延迟断裂特性的高强度螺栓用钢材的开发思路。
  关于延迟断裂的评价和判定方法及标准仍然存在许多课题,抗拉强度超过1300MPA的高强度钢的使用还存在一定的局限性,但近年来其使用量已不断增加。
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