紧固部件以及紧固部件用棒状部件的制作方法

本发明涉及用于紧固连结多个部件的紧固部件以及用于制造该紧固部件的紧固部件用棒状部件。

背景技术：

以往，作为为了实现汽车油耗降低的一个对策，追求各种零件的轻量化。例如，代替铸铁而使用铝合金作为发动机机体(engine block)的材料，或者代替钢而使用镁合金作为发动机罩或油底壳的材料。

在利用以往的钢制螺栓来紧固连结由上述铝合金或者镁合金形成的零件彼此的情况下，由于铝合金或镁合金的线膨胀系数与钢的线膨胀系数之差较大，而容易发生松弛，并且由于不同种类金属的接触也容易产生腐蚀。因此，为了充分确保紧固连结的可靠性，必须加深零件的螺纹孔并使钢制螺栓的轴部长度变长，或者增加钢制螺栓的直径。然而，钢制螺栓的轴部长度会对零件的壁厚产生影响，另一方面，钢制螺栓的直径粗度会对设置螺纹孔的零件的凸缘部分的宽度产生影响，因此在紧固连结由铝合金或镁合金形成的零件时使用钢制螺栓，这会在追求轻量化方面成为妨碍。

为了解决这样的钢制螺栓的问题，作为使由铝合金或镁合金形成的零件彼此紧固连结的紧固部件，采用铝合金制的螺栓逐渐普及起来(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，作为制造螺栓时的加工性优越并且具备充分强度的螺栓用材料，公开了一种6000系列的铝合金。铝合金制的螺栓因为与构成各种零件的铝合金或镁合金的线膨胀系数之差较小并且不同种类金属接触腐蚀较小，所以即便使零件的螺纹孔变浅或者使螺栓的直径变细，也能够确保紧固连结的可靠性，因而适于实现轻量化。

作为强度比上述6000系列的铝合金高的铝合金，已知有7000系列的铝合金(例如，参照专利文献2)。如果使用7000系列的铝合金，就能够制造出强度比6000系列的铝合金制的螺栓高的螺栓。

专利文献1：日本专利第5335056号公报

专利文献2：日本专利第3705320号公报

技术实现要素：

然而，一般而言，7000系列的铝合金与6000系列的铝合金相比耐应力腐蚀开裂性能较差，因此在作为螺栓应用的情况下，需要改善耐应力腐蚀开裂性能。在如此状況下，寻求一种由强度和耐应力腐蚀开裂性能优越的材料形成的紧固部件。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种强度和耐应力腐蚀开裂性能优越的紧固部件以及用于制造该紧固部件的紧固部件用棒状部件。

为了解决上述的问题，实现目的，本发明涉及的紧固部件用于紧固连结多个部件，其特征在于，包括：第一合金部，其由含有0.005wt％以上且5.0wt％以下的锌并且含有0.6wt％以上且2.0wt％以下的铝合金形成，设置在与上述多个部件中的至少任一个部件接触的部分；以及第二合金部，其由含有大于2.0wt％且5.0wt％以下的镁并且含有大于5.0wt％且10wt％以下的锌的铝合金形成，与上述第一合金部接合。

本发明涉及的紧固部件基于上述发明的特征在于：上述第二合金部的维氏硬度为170以上。

本发明涉及的紧固部件基于上述发明的特征在于：在上述第一合金部的表面的一部分形成有螺纹。

本发明涉及的紧固部件基于上述发明的特征在于：其是外螺纹部件，具有：圆柱状的轴部，在该轴部的外周的至少一部分形成有所述螺纹；头部，该头部设置在该轴部的轴线方向的一端；以及颈部，该颈部构成上述轴部与上述头部之间的边界，上述第一合金部至少构成上述螺纹的表层部分、上述颈部的表面、以及上述头部的底面的表层部分，上述第一合金部中的上述螺纹的表层部分的径向厚度为上述轴部的最大外径的1/2000以上且1/10以下。

本发明涉及的紧固部件基于上述发明的特征在于：其是内螺纹部件，在形成于其中心部的孔的内表面形成有上述螺纹，上述第二合金部位于上述第一合金部的外周侧，上述第一合金部的径向厚度为上述内螺纹部件的最大外径的1/2000以上且1/10以下。

本发明涉及的紧固部件基于上述发明的特征在于：其是铆钉，具有：圆柱状的轴部；头部，该头部设置在该轴部的轴线方向的一端部；以及颈部，该颈部构成上述轴部与上述头部之间的边界，上述第一合金部至少构成上述轴部的表层部分、上述颈部的表面、以及上述头部的底面的表层部分，上述轴部中的上述第一合金部的径向厚度为上述轴部的外径的1/2000以上且1/10以下。

本发明涉及的紧固部件用棒状部件的特征在于，包括：芯部，其呈圆柱状，由含有大于2.0wt％且5.0wt％以下的镁并且含有大于5.0wt％且10wt％以下的锌的铝合金形成；以及外周部，其呈无间隙地覆盖上述芯部的侧面的中空圆柱状，由含有0.005wt％以上且5.0wt％以下的锌并且含有0.6wt％以上且2.0wt％以下的镁的铝合金形成。

本发明涉及的紧固部件用棒状部件基于上述发明的特征在于：上述外周部的径向厚度为上述外周部的最大外径的1/2000以上且1/10以下。

本发明涉及的紧固部件用棒状部件的特征在于，包括：芯部，其呈中空圆柱状，由含有0.005wt％以上且5.0wt％以下的锌并且含有0.6wt％以上且2.0wt％以下的镁的铝合金形成；以及外周部，其呈无间隙地覆盖上述芯部的侧面的中空圆柱状，由含有大于2.0wt％且5.0wt％以下的镁并且含有大于5.0wt％且10wt％以下的锌铝合金形成。

本发明涉及的紧固部件用棒状部件基于上述发明的特征在于：上述芯部的径向厚度为上述外周部的最大外径的1/2000以上且1/10以下。

根据本发明，通过使用具备高强度的铝合金和耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金的覆层(cladding)材料，能够提供一种强度和耐应力腐蚀开裂性能优越的紧固部件。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的紧固部件的结构的侧视图。

图2是图1所示的紧固部件的通过其中心轴的截面图。

图3是图2的区域D的放大图。

图4是表示本发明的实施方式1涉及的紧固部件用棒状部件的结构的截面图。

图5是表示本发明的实施方式2涉及的紧固部件的结构的俯视图。

图6是图5的A－A线截面图。

图7是表示本发明的实施方式2涉及的紧固部件用棒状部件的结构的截面图。

图8是表示对本发明的实施方式2涉及的紧固部件用棒状部件进行钻孔加工后的结构的截面图。

图9是表示本发明的实施方式3涉及的紧固部件的结构的侧视图。

图10是图9所示的紧固部件的通过其中心轴的截面图。

符号说明

1、5、6 紧固部件

1a、5a、6a 第一合金部

1b、5b、6b 第二合金部

2、7 轴部

3、8 头部

4、9 颈部

21、52 螺纹

21a 牙顶

21b 牙底

22 螺纹部

31、81 底面

32 侧面

51、211’ 孔

82 表面

100、200、200’ 紧固部件用棒状部件

101、201、201’ 芯部

102、202、202’ 外周部

具体实施方式

下面，参照说明书附图，来说明用于实施本发明的方式(以下，称为“实施方式”)。另外，附图是示意性的，各部分的厚度和宽度的关系、各个部分的厚度比例等有可能与实际情况不同，附图相互之间也有可能存在彼此的尺寸关系或比例不同的部分。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1涉及的紧固部件的结构的侧视图。图2是图1所示的紧固部件的通过其长度方向(图1的左右方向)的中心轴的截面图。这些图所示的紧固部件1是由覆层材料形成的螺栓(外螺纹部件的一种)，其中，该覆层材料是通过将相互不同的两种铝(Al)合金接合而形成的。紧固部件1包括：轴部2，其呈圆柱状；头部3，其设置在轴部2的轴线方向(图1的左右方向)的一端；以及颈部4，其构成轴部2与头部3之间的边界。轴部2具有在其表面形成有螺纹21的螺纹部22。另外，图1所示的头部3的形状(六角状)仅是一个示例，也可以是其它形状(六角介子状、圆柱状、平头状、扁头状、平圆状等)。

紧固部件1具有分别利用相互不同的两种铝合金而形成的第一合金部1a以及第二合金部1b。第一合金部1a设置在与紧固连结对象的部件接触的部分。即，第一合金部1a构成轴部2的表层部分、颈部4的表面以及头部3的底面31和侧面32的表层部分。第二合金部1b构成轴部2以及头部3的径向的内周侧。另外，也可以构成为在通过紧固部件1来将紧固连结对象的多个部件彼此紧固连结的状态下，与任何多个部件都不接触的部分露出第二合金部1b。

第一合金部1a由含有0.005wt％以上且5.0wt％以下的锌(Zn)以及0.6wt％以上且2.0wt％以下的镁(Mg)的铝合金形成。该铝合金优选含有选自铜(Cu)、铬(Cr)、锆(Zr)、铁(Fe)、硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)、钒(V)、钪(Sc)中的至少一种元素。作为具有这种成分的铝合金，例如能够例举出A6056。A6056是以Al-Mg-Si为主要元素的合金，作为具有比较高的强度并且耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金是已知的。第一合金部1a的厚度为10μm以上且1.5mm以下。特别地，轴部2中的第一合金部1a的径向厚度为轴部2的最大外径r₁(参照图2)的1/2000以上且1/10以下。

第二合金部1b由含有大于2.0wt％且5.0wt％以下的镁(Mg)以及大于5.0wt％且10wt％以下的锌(Zn)的铝合金形成。该铝合金优选含有选自铜(Cu)、铬(Cr)、锆(Zr)、铁(Fe)、硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)、钒(V)、钪(Sc)中的至少一种以上，更优选地含有铜(Cu)以及锆(Zr)。作为具有这种成分的铝合金，例如能够例举出A7050。A7050作为高强度的铝合金是已知的。作为第二合金部1b的具体强度，优选其维氏硬度为170以上。

图3是图2的区域D的放大图。如图3所示，第一合金部1a中的螺纹部22的螺纹21的表层部分的径向厚度不一定是均匀的，而牙顶21a处的厚度t₁大于牙底21b处的厚度t₂(t₁＞t₂)。此外，螺纹21的表层部分的径向厚度包含在轴部2的最大外径r₁的1/2000以上且1/10以下的范围中。由此，螺纹部22中的至少与紧固连结对象的部件接触的部分全部是耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金。

图4是表示作为紧固部件1的原材料的紧固部件用棒状部件的结构的截面图。图4所示的紧固部件用棒状部件100(以下，简称为“棒状部件100”)呈两层结构的圆柱状，其具备：圆柱状的芯部101，其由与第二合金部1b相同的铝合金形成；以及外周部102，其覆盖芯部101的外周，由与第一合金部1a相同的由铝合金形成。外周部102的厚度t₁₀₀为棒状部件100的直径r₁₀₀的1/2000以上且1/10以下(r₁₀₀/2000≤t₁₀₀≤r₁₀₀/10)。紧固部件1通过对棒状部件100实施拉丝加工、冷镦加工等来成形。为了实现这种成形，优选构成在成形后成为第二合金部1b的芯部101的铝合金在室温(1～35℃左右)下的断裂伸长率为8％以上。

当通过对棒状部件100实施拉丝加工以及冷镦加工来成形紧固部件1时，在螺纹部22中，可能会看到金属结晶沿着螺纹表面形状呈纤维状地被拉长的纤维流线(fibre flow)。在螺纹部22产生龟裂时，该龟裂会以横切纤维流线的方式进展。因此，由于存在纤维流线，能够抑制应力腐蚀开裂。

根据上面说明的本发明的实施方式1，构成为两层结构，其在与紧固连结对象的部件接触的部分具备由耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金形成的第一合金部，并且在上述以外的部分具备由高强度的铝合金形成的第二合金部，因此能够提供强度和耐应力腐蚀开裂性能优越的紧固部件。

此外，根据本实施方式1，因为在第一合金部的表面的一部分形成有螺纹，所以能够提高与紧固连结对象部件接触的部分的耐应力腐蚀开裂性能。

此外，根据本实施方式1，因为构成了其包含螺纹的外周侧为第一合金部的外螺纹部件，而且外螺纹部件的螺纹表层部分的径向厚度为螺纹部的外径的1/2000以上且1/10以下，所以能够以适当的平衡兼顾强度和耐应力腐蚀开裂性能。

此外，根据本实施方式1，构成作为覆层材料的紧固部件用棒状部件，其具备外周部并且具备芯部，上述外周部呈中空圆柱状，由耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金形成且用于与紧固连结对象的部件接触的部分，上述芯部呈被外周部无间隙地覆盖的圆柱状且由高强度的铝合金形成，因此能够通过与以往同样的制造方法，来形成强度和耐应力腐蚀开裂性能优异的紧固部件(外螺纹部件)。

此外，根据本实施方式1，因为紧固部件用棒状部件的外周部的径向厚度为该紧固部件用棒状部件的直径的1/2000以上且1/10以下，所以成形后的紧固部件(外螺纹部件)能够以适当的平衡兼顾强度和耐应力腐蚀开裂性能。

实施方式2

图5是表示本发明的实施方式2涉及的紧固部件的结构的俯视图。图6是图5的A－A线截面图。这些图所示的紧固部件5是由覆层材料制成的螺母(内螺纹部件的一种)，上述覆层材料是通过将相互不同的两种铝合金接合而形成的。紧固部件5呈中空圆柱状，在形成于中心部的孔51的内表面形成有螺纹52。另外，图5所示的紧固部件5的形状(六角螺母)仅是一个示例，还能够实现为具有其它形状的螺母(法兰螺母、盖形螺母、长螺母等)。

紧固部件5具备分别利用相互不同的两种铝合金而形成的第一合金部5a以及第二合金部5b。第一合金部5a呈环状地构成与紧固连结对象的部件接触的部分即螺纹52的表层部分。第二合金部5b呈环状地覆盖第一合金部5a的外周面。

第一合金部5a由与实施方式1的第一合金部1a同样的铝合金形成，第二合金部5b由与实施方式1的第二合金部1b同样的铝合金形成。第一合金部5a的厚度为10μm以上且1.5mm以下，在这方面与第一合金部1a同样。此外，第一合金部5a的径向厚度为紧固部件5的最大外径(相当于圆的外径)r₂(参照图6)的1/2000以上且1/10以下。并且，第二合金部5b的维氏硬度为170以上，第二合金部5b在室温下的断裂伸长率为8％以上，这两方面也与第二合金部1b是同样的。

第一合金部5a中的螺纹52的表层部分的径向厚度不一定是均匀的，包含在紧固部件5的最大外径(相当于圆的外径)r₂的1/2000以上且1/10以下的范围中。由此，至少与紧固连结对象的部件接触的部分即螺纹52全部是耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金。

图7是表示作为紧固部件5的原材料的紧固部件用棒状部件的结构的截面图。图7所示的紧固部件用棒状部件200(以下，简称为“棒状部件200”)呈两层结构的圆柱状的覆层材料，其具备：圆柱状的芯部201，其由与第一合金部5a相同的铝合金形成；以及外周部202，其覆盖芯部201的外周，并由与第二合金部5b相同的铝合金形成。紧固部件5通过对棒状部件200实施拉丝加工、芯部201的钻孔加工以及冷镦加工等来成形。为了实现这样的成形，优选构成在成形后成为第二合金部5b的外周部202的铝合金在室温下的断裂伸长率为8％以上。

图8是表示在棒状部件200中进行芯部201的钻孔加工后的结构的截面图。图8所示的棒状部件200’具备芯部201’以及外周部202’。其中，芯部201’的径向厚度t₂₀₀为棒状部件200’的直径r₂₀₀的1/2000以上且1/10以下(r₂₀₀/2000≤t₂₀₀≤r₂₀₀/10)。在本实施方式2中，对棒状部件200进行拉丝加工后，通过进行钻孔加工来得到具备形成有孔211’的芯部201’的棒状部件200’。之后，通过对棒状部件200’实施冷镦加工等来形成紧固部件5。另外，也可以在对棒状部件200进行钻孔加工后进行拉丝加工。或者，也可以在对棒状部件200进行拉丝加工后裁剪为形成紧固部件5(螺母)所需要的长度，然后进行钻孔加工。

根据以上说明的本发明的实施方式2，构成为两层结构，其在与紧固连结对象的部件接触的部分具备由耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金形成的第一合金部，并且在第一合金部的外周侧具备由强度优越的铝合金形成的第二合金部，因此与实施方式1同样地，能够提供强度和耐应力腐蚀开裂性能优越的紧固部件。

此外，根据本实施方式2，因为在第一合金部的表面的一部分形成有螺纹，所以能够提高与紧固连结对象部件接触的部分的耐应力腐蚀开裂性能。

此外，根据本实施方式2，因为构成了其内周侧为第一合金部的内螺纹部件，第一合金部的径向厚度为内螺纹部件的最大外径的1/2000以上且1/10以下，所以能够以适当的平衡来兼顾强度和耐应力腐蚀开裂性能。

此外，根据本实施方式2，构成为紧固部件用棒状部件，其具备芯部并且具备外周部，上述芯部呈中空圆柱状，由耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金形成且用于与紧固连结对象的部件接触的部分，上述外周部呈圆柱状地覆盖深部且由高强度铝合金形成，其中芯部的径向厚度为外周部的最大外径的1/2000以上且1/10以下，因此能够通过与以往同样的制造方法，来形成以适当的平衡兼顾强度和耐应力腐蚀开裂性能的紧固部件(螺母)。

实施方式3

图9是表示本发明的实施方式3涉及的紧固部件的结构的侧视图。图10是图9所示的紧固部件的通过其长度方向(图9的左右方向)的中心轴的截面图。这些图所示的紧固部件6是由覆层材料制成的铆钉，该覆层材料是通过将相互不同的两种铝合金接合而形成的。紧固部件6包括圆柱状的轴部7、设置在形成轴部7的圆柱的高度方向(图9的左右方向)的一端的头部8以及构成轴部7与头部8之间的边界的颈部9。另外，图9所示的头部8的形状(圆头)仅是一个示例，也可以具有其它形状(平头等)。

紧固部件6具备分别利用相互不同的两种铝合金而形成的第一合金部6a以及第二合金部6b。第一合金部6a设置在与紧固连结对象的部件接触的部分。即，第一合金部6a构成轴部7的表层部分、颈部9的表面、头部8的底面81的表层部分以及头部8的表面82中与底面81相连的区域的至少一部分的表层部分。第二合金部6b构成轴部7的内周侧以及头部8的第一合金部6a以外的部分。

第一合金部6a由与实施方式1的第一合金部1a同样的铝合金形成，第二合金部6b由与实施方式1的第二合金部1b同样的铝合金形成。第一合金部6a的厚度为10μm以上且1.5mm以下，在这方面与第一合金部1a同样。此外，轴部7中的第一合金部6a的径向厚度为轴部7的外径r₃(参照图10)的1/2000以上且1/10以下。并且，第二合金部6b的维氏硬度为170以上，第二合金部6b在室温下的断裂伸长率为8％以上，这两方面也与第二合金部1b是同样的。

轴部7中的第一合金部6a的厚度t₃为轴部7的外径r₃的1/2000以上且1/10以下(r₃/2000≤t₃≤r₃/10)。这样的紧固部件6能够通过对图4所示的棒状部件100实施拉丝加工和冷镦加工等来成形。

根据上面说明的本发明的实施方式3，构成为两层结构，其在与紧固连结对象的部件接触的部分具备由耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金形成的第一合金部，并且在上述以外的部分具备由强度优越的铝合金形成的第二合金部，因此与实施方式1同样地，能够提供强度和耐应力腐蚀开裂性能优越的紧固部件。

此外，根据本实施方式3，因为构成了其外周侧为第一合金部的铆钉，该铆钉的轴部的第一合金部的径向厚度为轴部的外径的1/2000以上且1/10以下，所以能够以适当的平衡兼顾强度和耐应力腐蚀开裂性能。

此外，根据本实施方式3，构成作为覆层材料的紧固部件用棒状部件，其具备外周部并且具备芯部，上述外周部呈中空圆柱状，由耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金形成且用于与紧固连结对象的部件接触的部分，上述芯部呈被外周部无间隙地覆盖的圆柱状且由高强度的铝合金形成，因此能够通过与以往同样的制造方法，来形成强度和耐应力腐蚀开裂性能的紧固部件(铆钉)。

此外，根据本实施方式3，因为紧固部件用棒状部件的外周部的径向厚度为该紧固部件用棒状部件的直径的1/2000以上且1/10以下，所以成形后的紧固部件(铆钉)能够以适当的平衡兼顾强度和耐应力腐蚀开裂性能。

以上，说明了用于实施本发明的方式，但是本发明不限于上述实施方式1至实施方式3。例如，还能够将本发明涉及的紧固部件实现为螺栓以外的外螺纹部件亦即小螺钉或自攻螺钉。

此外，在本发明中，还能够进一步地在第一合金部的表面设置由耐应力腐蚀开裂性能优越的铝合金形成的层。作为这样的铝合金，例如能够列举2000系列、3000系列、4000系列或者5000系列的铝合金。

这样，本发明能够包括在上文中并没有记载的各种实施方式等，在不脱离由权利要求书所确定的技术思想的范围内能够实施各种设计变更等。