专利名称：紧固件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种权利要求1前序部分中所述类型的紧固件。
背景技术：
这种用钢尤其是高强度钢制成的紧固件，如钉子、销栓、螺钉、 锚杆之类，在固定技术中用于将物件固定在硬质安装材料上，如混凝 土、金属或岩石，或用于将物件互相连接在一起。为此，这些紧固件 具有一个杆，该杆包括一个必要时以尖顶结束的第 一端和包括一个必
要时处于杆另一端的头部，它与杆的直径相比是增大的。击入或紧固 过程例如冲击式地例如借助燃力工作的安置工具实现，或者旋转式地 例如借助螺旋工具或者用其他恰当的方式实现。
通常使用的高强度钢，集高的拉伸强度与高的屈服极限(从大约
〉800MPa起)于一身。因此紧固件可以在有高强度的同时制成为有较 小的横截面。然而高强度钢对于腐蚀作用有较低的耐受力。其原因在 于，通过化学和/或电化学过程/局部过程，由于阴极的应力腐蚀开裂 (SpRK),在表面附近的区域内非常容易发生脆性断裂。在这方面元 素氢是一种关键的成分。氢脆(氢诱发的开裂)尤其是出现在强度从 大约>800MPa拉伸强度起的高强度淬火钢中。人们非常笼统地将在例 如电镀锌的过程中可能形成的一次氢脆与也称为由腐蚀诱发的氢脆的 所谓二次脆化之间加以区别。在这里，关键的参数不仅是基于高硬度 和例如局部存在的组织不均匀性引起的内应力(拉应力)、有组织特殊 性(马氏体、贝氏体等)的材料，而且包括从外部施加的拉应力、环 境条件以及时间因素。
一次氢脆通常通过恰当的热处理来应对，即所谓除脆。在电调质 处理后，这些零件接着通过在约200。C保持多个小时退火。在此过程
中，部分溶解在材料内的氢被重新排出，从而将溶解的氢含量降低到 低于对紧固件而言的临界阈值或者使之精细地分布。
在高强度紧固件中，二次(腐蚀诱发的)氢脆通常在紧固件已经 遭受腐蚀时发生。这方面典型的例子是直接在外部大气环境中使用的 情况，在例如高强度电镀锌的螺钉和钉子上的应力腐蚀开裂。因为这 种类型的应力腐蚀开裂要在一定的"潜伏期"后才有可能发生，所以在 例如螺钉和钉子中这种现象已知还称为延迟断裂损坏。因此，这种紧
固件只允许在干燥的室内使用，而不适合在外部环境使用。
由DE3804824C2已知例如设计为自攻螺栓的高硬度工件，它有 硬的马氏体铬钢组成的芯部区和变换地组合铬、镍和铁组成的硬度较 低的奥氏体边缘区。为了造成这种边缘区，铬钢制成的工件配有由一 种主要含镍和钴的合金组成的覆层。然后，通过接着在至少850。C时 与氧隔离情况下热处理，通过扩散制成奥氏体边缘区并排出存在的氢。 在制成的工件中应避免氢脆和达到高的耐腐性。在奥氏体边缘区外面 还可以设置金属覆层。
这种工件的缺点是，不锈的铬钢比较昂贵。
发明内容
本发明的目的是避免上述缺点，提供一种紧固件，它具有高的抗 氢脆能力并且与此同时能经济地生产。
上述目的通过在权利要求1中说明的措施得以实现并由此具有特 别重要的意义。
据此，在芯部区与边缘区之间设置至少一个由第二种低碳的钢组 成的第一中间区，其中，该第二种低碳的钢有比芯部区的钢更低的硬 度。芯部区的钢优选是一种马氏体或贝氏体钢。通过规定这一中间区 由第二种低碳的钢(其具有不同于边缘区低碳的钢的冶金成分)组成，
而得到一种具有高的抗二次氢脆能力并且能经济地生产的紧固件。从 而可以免于使用铬钢。
有利地，第 一 中间区的第二种低碳的钢是一种加入第二种合金元
素炼制的奥氏体钢。在这里，这种奥氏体钢也可以含有第一种合金元 素的份额。然而第二种合金元素在中间区奥氏体钢内的浓度明显高于 第一种合金元素的浓度。除了通过双重过滤作用防止氢进入而导致高 的抗二次氢脆能力的优点外，还可以通过不同合金炼制的边缘区和中 间区优化地设计紧固件的特性，例如基于紧固件中内应力分布的硬度 变化。
也有利的是，第一中间区的第二种低碳的钢是一种铁素体钢。由 此明显提高了紧固件的韧性，与此同时有利地影响边缘区域(中间区 和边缘区)中的内应力分布。
还有利的是，在由铁素体钢组成的第一中间区与边缘区之间，设 置由 一种比较硬的含碳的钢组成的第二中间区，由此保证可以不那么
昂贵地生产。在这里，第二中间区例如具有马氏体组织。
有利地，由一种加入第二种合金元素炼制的奥氏体钢构成的第一
中间区，垂直于芯部区表面的厚度在0.001mm与l.Omm之间，由此 一方面造成足够的防止氢脆的能力，以及另一方面使制造这个区的成 本通过一种比较短的奥氏体化过程保持得较低。
有利地，由 一种铁素体钢构成的第 一 中间区垂直于芯部区表面的 厚度在0.01mm与0.2mm之间，由此一方面造成足够的防止氢脆的能 力，以及另 一方面使制造这一 区域的成本通过一种比较短的脱碳过程 保持得较低。
此外也有利的是，由一种比较硬的含碳的钢组成的第二中间区垂 直于第一中间区表面的厚度在0.002mm与0.3mm之间，由此可以造 成清晰的区域界线。
有利的是，边缘区的钢的第一种合金元素是选自组Ni、 Mn、 Co、
Al、 Cr、 V和Mo的一种金属，由此可以形成边缘区奥氏体钢最佳的
冶金特性。在这里，第一种合金元素本身也可以已经是一种合金或是 带有所列举金属的一种或多种的混合物。
也有利的是，第一中间区奥氏体钢的第二种合金元素是选自Ni、 Mn、 Co、 Al、 Cr、 V和Mo的一种金属，由此可以形成第一中间区
奥氏体钢最佳的冶金特性。其中，第二种合金元素与第一种合金元素 不一致。在这里，第二种合金元素本身也可以已经是一种合金或是带 有所列举金属的一种或多种的混合物。
有利地，第二种合金元素在第一中间区钢内的份额从外向内逐步 改变，尤其是从外向内逐步减少第二种合金元素的份额。此外也有利 的是，在边缘区的钢内第一种合金元素的份额从外向内逐步改变，尤 其是也从外向内逐步减少第 一种合金元素的份额。由此可以保证边缘 区和中间区特性的一种连续变化过程。
此外有利的是，在边缘区外面设置一个有防腐层的覆层。该层例
如可以是一个由金属Zn、 Sn、 Co或Al之一构成的金属层，它例如通 过电镀施加在边缘区表面。通过设置优选完全包覆紧固件的防腐层， 使得本发明的紧固件具有高的抗腐蚀能力。
附图表示出本发明的多种实施例。
其中
图l 第一种按本发明的紧固件；
图2 按图1中标记II的紧固件的剖面；以及
图3 本发明的另一种紧固件的类似于图2的剖面。
具体实施例方式
在图1和2中表示了一种设计为钉子的紧固件10。此紧固件10 具有杆ll，在其一端设计钉头12和在其另一端构成钉尖13。由图2 可以看出，紧固件IO有一个由具有马氏体或贝氏体组织的含碳的钢组 成的芯部区14，其硬度在约30与62HRC之间。至少在杆ll的区域 内，沿径向在其外部，设计有一个由第一种不太硬的加入第一种合金 元素炼制的低碳的钢组成的边缘区17。沿垂直于芯部区14表面方向 厚度DR在0.001mm与l.Omm之间的边缘区17具有一种奥氏体组织。 在这里，这种合金元素是选自组Ni、 Mn、 Co、 Al、 Cr、 V或Mo的
一种金属。在边缘区17内部，合金元素的浓度从内向外渐增。在这里， 所述奥氏体边缘区可例如通过在杆11上涂覆一个合金元素层(例如层厚为0.001-1.0mm)并接着热处理造成。此边缘区17的硬度为80至400HV。
在芯部区14与边缘区17之间设置第一中间区15a，它由第二种 硬度较低的低碳的钢组成。在这里，该第一中间区15a的硬度为80 至400HV,
在本例中，低碳的钢是一种加入与边缘区17钢的第一种合金元素 不一致的第二种合金元素炼制的奥氏体钢。其中，第二种合金元素是 选自组Ni、 Mn、 Co、 Al、 Cr、 V或Mo的一种金属。在第一中间区 15a内部，第二种合金元素的浓度从内向外渐增。垂直于边缘区14表 面的厚度Dla在0.001mm与l.Omm之间的第一中间区15a，可以通 过将芯部区用第二种合金元素镀层并接着扩散退火而制成。然后通过 将第 一 中间区15a用第 一种合金元素镀层并接着重新扩散退火可以制 成边缘区17，它向外与第一中间区15a连接。最后，紧固件再优选全 部镀以防腐层18。该防腐层18例如是由金属Zn、 Sn、 Co或Al之一 种或多种组成的金属层，它例如通过电镀施加在边缘区17的表面上。
图3表示出本发明的另一种紧固件的剖面。它与前面所说明的紧 固件的差别在于，在由具有马氏体或贝氏体组织的含碳的钢组成的芯 部区14(硬度为30-62HRC)，与由加入第一种合金元素炼制的第二种 低碳的钢组成的硬度较低(硬度为80至400HV)的边缘区17之间， 设置一个由铁素体钢(硬度为50至250HV)组成的第一中间区15b 以及一个向外连接在该第一中间区15b上的由具有马氏体或贝氏体组 织的含碳的钢(硬度为30至62HRC)组成的第二中间区16。在这里， 由铁素体钢组成的第一中间区15b具有在0.01mm与0.2mm之间的厚度Dlb，而由含碳的马氏体或贝氏体钢组成的第二中间区16则具有在 0.002mm与0.3mm之间的厚度D2。
权利要求
1. 紧固件，它具有一个由比较硬的含碳的钢组成的芯部区(14)和一个相对于所述芯部区(14)在外部的由加入第一种合金元素炼制的第一种低碳的奥氏体钢组成的边缘区(17)，其特征为:在所述芯部区(14)与所述边缘区(17)之间设置至少一个由第二种低碳的钢组成的第一中间区(15a、15b)，该第二种低碳的钢具有比所述芯部区(14)的钢更低的硬度。
2. 按照权利要求1所述的紧固件，其特征为，所述第一中间区 (15a)的第二种低碳的钢是一种加入第二种合金元素炼制的奥氏体钢。
3. 按照权利要求1所述的紧固件，其特征为，所述第一中间区 (15b)的第二种低碳的钢是一种铁素体钢。
4. 按照权利要求1或3所述的紧固件，其特征为，在由铁素体钢 组成的第一中间区(15b)与边缘区(17)之间，设置一个由一种比较 硬的含碳的钢组成的第二中间区(16)。
5. 按照权利要求1或2所述的紧固件，其特征为，所述第一中间 区(15a)垂直于芯部区(14)表面的厚度(Dla)在0.001mm与l.Omm 之间。
6. 按照权利要求1和3至4之一所述的紧固件，其特征为，所述 第一中间区(15b)垂直于芯部区(14)表面的厚度(Dlb)在0.01mm 与0.2mm之间。
7. 按照权利要求4所述的紧固件，其特征为，所述第二中间区(16 ) 垂直于所述第一中间区(15b )表面的厚度(D2 )在0.002mm与0.3mm 之间。
8. 按照权利要求l所述的紧固件，其特征为，所述边缘区(17) 的钢的第一种合金元素是选自组Ni、 Mn、 Co、 Al、 Cr、 V和Mo的 一种金属。
9. 按照权利要求2和5至8之一所述的紧固件，其特征为，所述第一中间区(15a)的钢的第二种合金元素是选自组M、 Mn、 Co、 Al、 Cr、 V和Mo的一种金属。
10. 按照权利要求2和5至9之一所述的紧固件，其特征为，在 第一中间区(15a)的钢内第二种合金元素的份额从外向内逐步改变。
11. 按照权利要求1至IO之一所述的紧固件，其特征为，在边缘 区(17)的钢内第一种合金元素的份额从外向内逐步改变。
12. 按照权利要求1所述的紧固件，其特征在于，设置一个有防 腐层(18)的覆层。
全文摘要
本发明涉及一种紧固件，如销栓或钉子、锚杆、螺钉或铆钉，它具有一个在内部的由比较硬的含碳的钢组成的芯部区(14)和一个相对于芯部区(14)在外部的由加入第一种合金元素炼制的第一种低碳的奥氏体钢组成的边缘区(17)。为了改善这种紧固件，建议在芯部区(14)与边缘区(17)之间设置至少一个由第二种低碳的钢组成的第一中间区(15a)，该第二种低碳的钢具有比芯部区(14)的钢更低的硬度。
文档编号F16B19/14GK101382163SQ20081021337
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月2日 优先权日2007年9月5日
发明者G·费尔德, T·卡门 申请人:喜利得股份公司