一种螺栓及其加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种螺栓及其加工方法，尤其涉及一种汽车用引擎盖支架固定螺栓， 属于螺栓加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 螺栓是一种应用非常广泛的配件，从航空航天到日常生活都离不开它。正由于螺 栓在机械构件中起着连接、紧固、定位、密封等作用，除了简单作定位的螺栓之外，螺栓在安 装时都需要拧紧，因此，都承受静拉伸载荷。如连杆螺栓，缸盖螺栓等，除受到轴向预紧拉伸 载荷的作用外，通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸（交变）载荷，横向剪切（交 变）载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还有冲击载荷。通常情况下，附加的横向 交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，而在环境介质的作用 下，轴向拉抻载荷则会引起螺栓的延迟断裂。根据强度的不同，螺栓可以分为普通螺栓和高 强度螺栓。与普通螺栓相比，高强度螺栓有许多优点：现场组装用时短，对生产影响小，使 用寿命长，适用构件范围广，连接安全可靠，具有较好的工艺性和经济性。正是因为高强度 螺栓的这些优点，工业发达国家近年来出现了对高强度螺栓钢和高强度螺栓集中研究的现 象，并开发出了一系列超高强度螺栓钢及超高强度螺栓。
[0003] 超高强度螺栓钢及超高强度螺栓，尤其是汽车用引擎盖支架固定螺栓应满足高的 抗拉强度，以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损；有较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口应 力集中的表面质量的敏感性；对在潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求具有足够 低的延迟断裂敏感性；对承受交变载荷和冲击载荷的螺栓，要求有较高的疲劳抗力和多次 冲击拉伸抗力，以抵抗疲劳、多冲断裂；当汽车用引擎盖支架固定螺栓在严寒地区使用时， 还要求螺栓具有低的韧一脆转化温度。
【发明内容】
[0004] 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，塑性、韧性较 好，而且还具有较好的耐蚀性及韧一脆转化温度的螺栓，特别适合用于固定汽车引擎盖支 架的螺栓。
[0005] 本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施：一种螺栓，自上而下顺次包 括头部、固定区段、负荷作用区段且三者一体成型，所述负荷作用区段的外缘设有螺纹，所 述头部的下半部分呈圆柱形，上半部分为圆锥形且置于下半部分的上端，所述螺栓由高强 度螺栓钢加工而成，所述螺栓钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 18% -0.23% ; Mn :0? 70% -1. 00%;Si 彡 0? 10%，A1 :0? 02% -0? 20%，S 彡 0? 030%;P 彡 0? 030%，其余为 Fe〇
[0006] 现有普通的螺栓钢42CrMo的化学成分是C :0. 38-0. 45 % ;Mn :0. 50-0. 80 % ; Cr ：0. 80-1. 20%；Mo ：0. 15-0. 25%；Si ：0. 17-0. 37 % ；S ^ 0. 0035 % ；P ^ 0. 0035%； Ni < 0. 030% ;Cu < 0. 030% ;其余为Fe。首先，本发明在普通的高强度螺栓钢42CrMo的 基础上降低了碳（0,从而改善钢的冷变形能力，提高螺栓钢的塑性和韧性，并在42CrMo的 基础上提高锰（Mn)含量，以弥补因降碳和省略铬（Cr)而造成的强度和淬透性的损失，进一 步提高螺栓钢的淬透性，进而提高螺栓钢的硬度和强度。其次，尽管硅（Si)有轻微的强化 作用，也轻微能改善钢的韧性，与合金钢中的钼一起作用时，效果更好，但是过量的硅会严 重影响钢的焊接性能，因此，本发明螺栓钢适当降低了硅的含量，将硅的含量控制在〇. 10% 以内。再者，本发明螺栓钢在42CrM〇的基础上不仅省略了 Cr以及杂质中的Ni、Cu，还额外 添加了 A1，用以细化晶粒，与硅产生协同作用，进一步提高螺栓钢的冲击韧性。最后，本发明 螺栓钢通过降低S含量进而减少螺栓钢中的非金属夹杂物，改善钢的韧塑性，提高螺栓钢 变形能力的效果，通过降低P含量进而降低螺栓钢的变形抗力，同时减少P、S在晶界的偏聚 而减轻晶界脆化。因此，降低钢中的P、S含量不仅可以改善钢的冷镦性能，还可以改善钢的 耐延迟断裂性能。
[0007] 由于化学成分的改变，其显微组织也发生改变，本发明的螺栓不仅在强度和硬度 上能够达到高强度螺栓钢应有的要求，还极大地提高了螺栓的塑性和韧性，且显著提高了 螺栓的耐蚀性及韧-脆转化温度，使其及其适合用于固定汽车引擎盖支架。
[0008] 在上述的螺栓中，作为优选，所述的螺栓钢由以下质量百分数的化学成分组成： C ：0. 20% -0. 22% ；Mn ：0. 80% -1. 0% ；Si ^ 0. 10%, A1 ：0. 02% -〇. 10%, S ^ 0. 035% ； P < 0? 03%，其余为 Fe。
[0009] 进一步优选，所述的螺栓钢由以下质量百分数的化学成分组成：C :0. 20% ;Mn : 0.80% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0? 15%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余为 Fe。
[0010] 进一步优选，所述的螺栓钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 22% ;Mn: 0.90% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0? 12%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余为 Fe。
[0011] 进一步优选，所述的螺栓钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 18% ;Mn: 1.00% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0.02%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余为 Fe。
[0012] 进一步优选，所述的螺栓钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 23% ;Mn: 0.70% ;Si 彡 0? 10%，A1 :0.20%，S 彡 0.030% ;P 彡 0.030%，其余为 Fe。
[0013] 本发明的另一个目的在于提供一种上述螺栓的加工方法，所述加工方法包括如下 步骤：
[0014] S1、前处理：将如上所述化学成分的螺栓钢原料先进行酸洗除锈、风干，然后将风 干后的原料在780-800°C下进行球化退火处理，均温处理5h-8h后进行磷化处理及拉丝；
[0015] S2、成型：将经上述处理后的原料在镦锻力的作用下形成螺栓所需的形状，并依次 进行车削、铣槽、搓丝得螺栓半成品；
[0016] S3、热处理：将螺栓半成品在520-540°C保温40-80min，升温至860-900°C保温 40-80min，快速降温至 520-550°C保温 70-100min，加热至 860-900°C保温 40-80min，然后自 然冷却至室温；
[0017] S4、表面处理：将热处理后的螺栓半成品清洗除油、抛丸后，在黑色达克罗涂液中 浸涂或喷涂，再经ll〇_125°C烘烤8-15min，然后在340-350°C下固化25-35min，制得具有黑 色达克罗涂层的螺栓成品。
[0018] 本发明螺栓的加工方法先将原料螺栓钢进行前处理，包括球化退火处理、磷化处 理等，然后加工成型得螺栓，通过渗碳热处理进一步提高螺栓的硬度，使硬化层深度达到 0. 2-0. 4_，最后通过自发式黑色达克罗处理在螺栓表面形成黑色水性有机涂层，使其膜层 具有极强的附着力、润滑性、消光、耐热性、耐蚀性，进而显著提高螺栓的表面硬度、强度、耐 蚀性，并保证螺栓的韧性、塑性。
[0019] 为了保证涂层完善的性能，在黑色底涂上增加透明顶涂层，构成完整的黑色达克 罗涂层体系。封闭层是采用硅酸盐水性涂料，设备与达克罗设备相同，固化温度相同，固化 时间为4-8min。该涂层作为面层涂覆在黑色达克罗涂层表面，可以提高黑色达克罗的耐腐 蚀能力和表面硬度。即步骤S4表面处理在黑色达克罗处理的固化后还包括封闭处理，封闭 处理在硅酸盐水性涂料中进行，封闭处理的固化温度为340-350°C，固化时间为4-8min。
[0020] 作为优选，在上述螺栓的加工方法中，步骤S4表面处理中所述的黑色达克罗涂 液包括如下组分（按重量份计数）：50份环氧树脂；20-40份黑色颜料；50-60份锌粉； 0. 1-0. 5份分散剂；0. 5-3份醇溶剂；2-10份铬酸溶液；40-100份有机溶剂。
[0021] 现有技术中的黑色达克罗涂料一般含有铝粉，含铝粉的达克罗涂层外观颜色白 亮，加入黑色颜料时，增加黑色遮盖的难度，为使涂层呈黑色必须加入较多的颜料，从而增 加均匀分散的难度，并较大的影响涂层性能。本发明黑色达克罗涂料中不含铝粉，只加入片 状锌粉，降低涂层的白度和亮度，降低黑色遮盖的难度，提高黑度。
[0022] 进一步优选，黑色达