一种螺钉的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种紧固件，具体涉及一种螺钉，属于合金材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 紧固件在市场上也称为标准件，是将两个或两个以上的零件（或构件）紧固连接 成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。它的特点是品种规格繁多，性能用途各异， 而且标准化、系列化、通用化的程度极高。紧固件是应用最广泛的机械基础件，需求量很大。 常用的紧固件包括螺栓、螺钉等。
[0003] 螺丝，是前端有尖头的那种，螺距较大，一般用于紧固木制件、塑料件，常见于机 械，电器及建筑物等，一般为金属制造，呈圆筒形，表面刻有凹凸的沟，如一个环绕螺丝侧面 的倾斜面，让螺丝可紧锁著螺丝帽或其他物件。螺丝的顶部直径较大，可呈圆形或等六边 形，让工具如螺丝起子或扳手可转动螺丝。较突出的顶部亦令螺丝不会钻得太深入而穿过 物料，及提高螺丝对物料的压力。
[0004] 现有的螺钉都是采用整体金属结构，仍有很多问题存在，如质量重，用料成本高， 耐磨性、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性等一般，在很多场合还不能 满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，延长螺钉的 使用寿命。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是为了提供一种机械性能较好、耐磨损、使用寿命久的螺钉。
[0006] 本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种螺钉，所述的钢由以下 成分（以质量百分比计）组成：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%, 余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
[0007] 本发明使用的钢中C含量为0. 15-0. 20%，是一种低碳钢，塑性和韧性较好，淬透 性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，所以具有较高的低温冲击韧性 良好的加工性，且加工变形微小，抗疲劳性能相当好。在本发明螺钉合金钢中，若碳含量过 高，会导致钢的心部的韧性下降，所以本发明将C含量为0. 15-0. 20%，从而保证钢的心部 有足够的塑性和韧性。
[0008] 由于低碳钢的强度和硬度会相对较低，本发明适当增加了Μη的含量，以提高钢的 强度和硬度。同时，本发明的钢中还同时含有Nb、Ti、V三种微量元素，与Μη元素起协同作 用，共同提高钢的强度和硬度。因为，Nb、Ti、V三种微量元素不仅可以细化晶粒，还可以得 到更高体积分数的弥散分布Nb(C，N)，（Nb、Ti) (C，N)，和V(C，N)析出颗粒，因此，可以同时 起到细晶强化和弥散强化的作用。此外，Μη元素与还与钢中含有的Cr、Ni、B三种元素起协 同作用，提高钢的淬透性，从而使钢经渗碳淬火后提高钢的心部的强度和韧性。所以，综合 以上两点因素，本发明提高了Μη元素在钢中的含量，将Μη元素的含量控制在1.2-1.6%范 围内。
[0009] 另外，由于本发明的钢在后续需要进行渗碳处理，而渗碳处理后钢的组织粗化，力 学性能也会随之下降。因此，针对此问题，本发明钢中添加有微量的稀土元素Sc和Tb，因 为，经实验表明，钢在长时间加热渗碳热处理过程中，加稀土元素具有阻止晶粒长大和提高 力学性能的作用，且效果非常显著，钢的渗碳层的弯曲强度，断裂韧性较高。而且，在钢中 添加稀土元素，还可以提高钢的耐磨性，降低磨损量。
[0010] 作为优选，所述的钢由以下成分（以质量百分比计）组成：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%，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
[0011] 本发明的另一个目的在于提供上述螺钉的制备方法，所述的制备方法包括如下步 骤：
[0012] 称取如上述组成成分及其质量百分比的原料，制成钢材；
[0013] 将钢材依次进行正火处理、机械加工、热处理得螺钉坯件；
[0014] 将螺钉坯件依次进行除油除锈、活化处理、发黑处理、钝化处理，即可制得螺钉成 品。
[0015] 在上述螺钉的制备方法中，作为优选，所述的正火处理为等温正火处理，所述等温 正火处理的温度为930-950°C，保温200-250min，正火处理完成出炉后用1. 5KW排风扇降 温。正火处理为等温正火处理，由于本发明螺钉合金钢中的碳含量较低，属于低碳钢，切削 加工性不佳，而正火处理可以改善其切削加工性。所以本发明螺钉在成型后经过了正火处 理，改善了钢材的显微组织、消除了残余应力，改善了切削加工性，为随后进行的机械加工 做好准备。而且，本发明钢材采用的是等温正火处理，解决了普通正火处理时由于堆冷存在 的堆内外及其它因素造成的冷却条件相差较大，而导致钢材局部由于冷速过快形成粒贝非 平衡组织，而钢材一些部位由于冷速过慢析出过多先共析铁素体而太软的现象，从而可以 获得均匀组织，将钢材的硬度控制在一定范围内，更利于后续机械加工的进行。
[0016] 在上述螺钉的制备方法中，作为优选，所述的热处理包括渗碳处理和回火处理，所 述的渗碳处理为先升温至890-910°C，保温70-90min，再降至880-900°C，保温30-50min， 然后降至820-840°C，保温20-40min，最后空冷至室温；所述回火处理的温度为150-180°C， 回火处理的时间为100-140min。由于本发明钢材的碳含量较低，属于低碳钢，所以使用本发 明钢材制备得到的螺钉坯件先进行渗碳处理，使碳原子渗入到螺钉坯件的表面层，使螺钉 坯件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和回火，使螺钉坯件表面层具有高硬度和耐磨性，而 螺钉坯件的心部仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。本发明热处理中的渗碳处理通过三阶段 不同温度下的淬火处理，先消除渗碳层网状碳化物及细化心部组织，然后改善渗层组织，进 一步提高螺钉的硬度和耐磨性。
[0017] 在上述螺钉的制备方法中，作为优选，除油除锈处理的温度为30_50°C，处理时间 为5-10min，所用的处理液为：硫脲2. 5-3. 5g/L，磷酸二氢钠3-8g/L，0P-105-12ml/L。本发 明除油除锈处理简化了前处理操作，除油除锈效果好，螺钉表面光洁，无过蚀和氢脆现象。 盐酸、硫酸酸基的清洗剂应用较为广泛，成本低，效率较高，但是酸洗残留的C1、S042对螺 钉的后腐蚀危害很大。本发明采用的磷酸酸基没有腐蚀物残留的隐患，更为环保、安全。
[0018] 在上述螺钉的制备方法中，作为优选，活化处理采用的处理液为：硝酸 120-160ml/L，40%的氢氟酸200-210ml/L。活化是去除发黑件表面氧化膜，使之裸露出活性 表面，可明显提高发黑膜的均匀度和附着力。
[0019] 在上述螺钉的制备方法中，作为优选，发黑处理所用的处理液为：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。进一步优选，所述的发黑处理分两步进行，第一步，pH为1. 2-1.6,处理时间为2-4min; 第二步，pH为3. 2-3.6,处理时间为4-8min，两步处理均在常温下进行。硫酸铜用量须严格 控制，浓度低，膜层附着力差；过高则膜层泛铜色。硫代硫酸钠的浓度过高则不利于发黑液 的存放。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0021] 本发明螺钉合金钢的组成成分及其质量百分比配伍合理，经渗碳处理后具有硬而 耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性良好的加工性，螺钉的心部仍然保持 着韧性和塑性，再经表面的发黑处理，进一步提高了螺钉的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性和耐 磨性，使本发明螺钉机械性能较好，螺钉硬度HRC达58-63,层深0. 7-1. 0,大大延长了使用 寿命。
【具体实施方式】
[0022] 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。
[0023] 表1:本发明实施例1-5制备螺钉的钢的组成成分及其质量百分比
[0024]
[0026] 实施例1
[0027] 分别称取如表1实施例1中组成成分及其质量百分比的原料，制成钢材。
[0028] 将钢材先进行等温正火处理，等温正火处理的温度为950 °C，保温200min，正火处 理完成出炉后用1. 5KW排风扇降温，然后机械加工成型，并进行热处理得螺钉坯件；热处理 包括渗碳处理和回火处理，所述的渗碳处理为先升温至910°C，保温70min，再降至900°C， 保温30min，然后降至840°C，保温20min，最后空冷至室温；所述回火处理的温度为180°C， 回火处理的时间为lOOmin。
[0029] 将螺钉坯件依次进行除油除锈（除油除锈处理的温度为50°C，处理时间为5min， 所用的处理液为：硫脲3. 5g/L，磷酸二氢钠3g/L，0P-1012ml/L)、活化处理（活化处理采用 的处理液为：硝酸120ml/L，40%的氢氟酸210ml/L)、发黑处理（第一步，pH为1.2,处理时 间为4min;第二步，pH为3.2,处理时间为8min，两步处理均在常温下进行，发黑处理所用的 处理液均为：CuS041.5g/L，（NH4)6Mo70220g/L，Na2S203 3.0g/L，NiS04 1.8g/，ZnCl23.2g/L)、 普通钝化处理，即可制得螺钉成品。
[0030] 实施例2
[0031] 分别称取如表1实施例2中组成成分及其质量百分比的原料，制成钢材。
[0032] 将钢材先进行等温正火处理，等温正火处理的温度为945°C，保温210min，正火处 理完成出炉后用1. 5KW排风扇降温，然后机械加工成型，并进行热处理得螺钉坯件；热处理 包括渗碳处理和回火处理，所述的渗碳处理为先升温至895°C，保温85min，再降至885°C， 保温45min，然后降至825°C，保温35min，最后空冷至室温；所述回火处理的温度为155°C， 回火处理的时间为130min。
[0033] 将螺钉坯件依次进行除油除锈（除油除锈处理的温度为35°C，处