高强度螺栓及其制备方法技术

一种高强度螺栓及其制备方法，涉及螺栓领域。该高强度螺栓包括螺栓体及设于螺栓体表面的氮氧碳共渗层；螺栓体中各成分的质量百分比为：C：0.35～0.40％，Si：0.4～0.6％，Mn：0.8～1.0％，Cr：0.8～1.0％，Mo：0.15～0.2％，V：0.10～0.15％，Ni：0.15～0.2％，Al：0～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。该高强度螺栓的制备方法包括以下步骤：将中碳低合金钢制成的螺栓胚体加热、淬火处理得到螺栓体；将螺栓体进行回火处理，并在回火处理的同时进行氮氧碳共渗处理。本申请提供的高强度螺栓及其制备方法能够改善制得的高强度螺栓的疲劳寿命和耐环境腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
高强度螺栓及其制备方法
本申请涉及螺栓加工
，具体而言，涉及一种高强度螺栓及其制备方法。
技术介绍
高强度螺栓一般是指性能等级在8.8级以上的螺栓。高强度螺栓是一种重要的紧固件，其种类繁多并被大量应用于机械、舰船、轨道交通、桥梁等领域。高强度螺栓一般采用中低碳高强度钢制造，在制备过程中需要采用调质处理来改善其强韧性的同时提高耐疲劳性能。另外，几乎所有的高强度螺栓都需要进行表面防腐处理来改善耐环境腐蚀性能，以提高使用寿命和服役安全系数。目前，高强度螺栓的主要表面防腐处理方法有磷皂化、电镀、化学镀，在进行表面防腐处理前还需要进行表面除油、酸洗、活化等前处理，这些前处理方式均会产生大量的废液排放，易造成严重的环境污染。同时在表面防腐处理的方法中，磷皂化防腐效果相对较差；电镀、化学镀防腐效果相对较好，但成本高，同时还会产生大量的废液。由此可见，高强度螺栓的表面防腐处理技术依然具有较大的改进和提升空间，高强度螺栓的防腐性能，尤其是耐酸雨和海洋环境的腐蚀性能还需要大幅度提升。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种高强度螺栓及其制备方法，以改善高强度螺栓的疲劳寿命和耐环境腐蚀性能。本申请的实施例是这样实现的：第一方面，本申请实施例提供一种高强度螺栓，其包括由中碳低合金钢制成的螺栓体及设于螺栓体表面的氮氧碳共渗层；其中，中碳低合金钢中各成分按质量百分比包括：C：0.35～0.40％，Si：0.4～0.6％，Mn：0.8～1.0％，Cr：0.8～1.0％，Mo：0.15～0.20％，V：0.10～0.15％，Ni：0.15～0.2％，Al：0～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。本申请实施例提供的高强度螺栓包括中碳低合金钢制成的螺栓体及在螺栓体表面设置的氮氧碳共渗层，通过氮氧碳共渗层能够有效的改善制备得到的高强度螺栓的硬度和强度、耐蚀性和耐疲劳性能；此外，通过控制中碳低合金钢中各成分的质量百分比含量，能够保证高强度螺栓的螺栓体的性能稳定可靠，本申请提供的高强度螺栓是在35CrMo、42CrMo材质的基础上进一步在成分设计和制造工艺上进行改进，严格的控制C元素的含量，并提高Si、Mn元素的含量，通过加入V、Ni合金元素，能够获得成分组织均匀、洁净度高、晶粒较细的高强度螺栓，以保证制备得到的高强度螺栓的机械性能。在一些可选的实施方案中，氮氧碳共渗层的表面还设有内含纳米多孔Fe-N合金粉末的锌铝涂层。上述技术方案中，通过在氮氧碳共渗层的表面设置含有纳米多孔Fe-N合金粉末的锌铝涂层，能够进一步的改善高强度螺栓的耐蚀性能、阻尼性能和摩擦系数，从而保证制备得到的高强度螺栓能够具有一定的减震作用和放松性能。在一些可选的实施方案中，锌铝涂层内含有质量百分比为3％～5％的纳米多孔Fe-N合金粉末；可选的，锌铝涂层的厚度为5μm～8μm。上述技术方案中，通过在锌铝涂层内加入质量百分比为3～5％的纳米多孔Fe-N合金粉末，能够保证纳米多孔Fe-N合金粉末均匀的分散于锌铝涂层内，并覆盖于螺栓体的表面，以起到改善耐蚀性能、阻尼性能和摩擦系数的功效；通过控制锌铝涂层的厚度为5μm～8μm，就能够有效的提高高强度螺栓表面的耐蚀性、阻尼性能和摩擦系数。在一些可选的实施方案中，中碳低合金钢中杂质按质量百分比包括：S<0.015％，P<0.015％，O<0.0015％，N<0.0020％。上述技术方案中，通过严格的控制S、P、O、N等杂质元素的含量，能够避免它们降低制备得到的高强度螺栓的组织均匀度和晶粒粒度，保证制备得到的高强度螺栓具有足够的强度和硬度。在一些可选的实施方案中，氮氧碳共渗层包括设于螺栓体表面的气体共渗扩散层和设于气体共渗扩散层表面的气体共渗化合物层；可选的，气体共渗扩散层的厚度为0.15mm～0.25mm；可选的，气体共渗化合物层的厚度为5μm～20μm。上述技术方案中，氮氧碳共渗层由设于螺栓体表面的气体共渗扩散层和设于气体共渗扩散层表面的气体共渗化合物层组成，气体共渗扩散层是由气体共渗化合物层在热处理时溶解并向螺栓体内部扩散形成的。通过控制气体共渗扩散层的厚度为0.15mm～0.25mm及控制气体共渗化合物层的厚度为5μm～20μm，能够有效的提高螺栓体的结构强度和抗腐蚀性能。第二方面，本申请实施例还提供了第一方面中高强度螺栓的制备方法，包括以下步骤：将中碳低合金钢制成的螺栓胚体加热、淬火处理，得到螺栓体；将螺栓体进行回火处理，并在回火处理的同时进行氮氧碳共渗处理。本申请实施例提供的高强度螺栓的制备方法是将中碳低合金钢制成螺栓胚体后，加热、淬火处理得到螺栓体，随后将螺栓体进行回火处理的同时进行氮氧碳共渗处理，以在螺栓体表面形成氮氧碳共渗层。该高强度螺栓的制备方法改进了传统的热处理工艺，在螺栓胚体成型后直接加热水浴淬火，并在回火的过程中进行碳氮表面气体共渗处理，整个加工过程中不需要进行酸洗、活化、除油等工序，在制备过程中无废液、固体废弃物排放，能够在保证螺栓产品性能和质量的前提下，大幅度减少环境污染和节约成本。在一些可选的实施方案中，将中碳低合金钢制成的螺栓胚体加热至840℃～860℃后使用50℃～60℃的水浴进行淬火。上述技术方案中，通过在840℃～860℃下使用50～60℃的水浴进行淬火，能够降低成本和减少环境污染，使螺栓体表面无需再进行酸洗或除油等清洁处理。在一些可选的实施方案中，氮氧碳共渗处理是在回火处理时先通入空气，随后通入氨气、空气和雾化后渗透剂组成的混合气体，混合气体中氨气和空气的体积比为5～7：1，混合气体中氨气和空气的总体积和渗透剂的体积比为1：35×10-6～50×10-6；渗透剂中C、H、O的原子比为10～14：40～44：10～12。上述技术方案中，通过在回火过程中依次通过入空气和氨气、空气和雾化后渗透剂组成的混合气体，能够在螺栓体表面形成氮氧碳共渗层，通过控制混合气体中氨气、空气和雾化后渗透剂的体积比和渗透剂中C、H、O的原子比，能够进一步的控制螺栓体表面形成的氮氧碳共渗层的结构，以改善制备得到的高强度螺栓的强度和耐蚀性。在一些可选的实施方案中，回火处理的温度为550℃～650℃，回火处理的时间为0.5h～1.5h；可选的，回火处理时通入空气的时间和通入混合气体的时间比为1：2～4。上述技术方案中，通过控制回火处理的温度和时间，能够根据螺栓的尺寸在螺栓体表面形成氮氧碳共渗层，以提高高强度螺栓的性能；同时通过控制回火处理时通入空气和混合气体的时间比，能够调节在螺栓体表面形成氮氧碳共渗层的厚度，从而调节高强度螺栓的性能。在一些可选的实施方案中，步骤还包括：将螺栓体进行回火处理，并在回火处理的同时进行氮氧碳共渗处理后，冷却并涂覆含有纳米多孔Fe-N合金粉末的锌铝涂层，烘干。上述技术方案中，在螺栓体表面制备得到氮氧碳共渗层后进一步形成含有纳米多孔Fe-N合金粉末的锌铝涂层，能够有效的改善高强度螺栓的耐蚀性、阻尼性能和摩擦系数。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度螺栓，其特征在于，其包括由中碳低合金钢制成的螺栓体及设于所述螺栓体表面的氮氧碳共渗层；其中，所述中碳低合金钢中各成分按质量百分比包括：C：0.35％～0.40％，Si：0.4％～0.6％，Mn：0.8％～1.0％，Cr：0.8％～1.0％，Mo：0.15％～0.20％，V：0.10％～0.15％，Ni：0.15％～0.2％，Al：0％～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度螺栓，其特征在于，其包括由中碳低合金钢制成的螺栓体及设于所述螺栓体表面的氮氧碳共渗层；其中，所述中碳低合金钢中各成分按质量百分比包括：C：0.35％～0.40％，Si：0.4％～0.6％，Mn：0.8％～1.0％，Cr：0.8％～1.0％，Mo：0.15％～0.20％，V：0.10％～0.15％，Ni：0.15％～0.2％，Al：0％～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高强度螺栓，其特征在于，所述氮氧碳共渗层的表面还设有内含纳米多孔Fe-N合金粉末的锌铝涂层。3.根据权利要求2所述的高强度螺栓，其特征在于，所述锌铝涂层内含有质量百分比为3％～5％的所述纳米多孔Fe-N合金粉末；可选的，所述锌铝涂层的厚度为5μm～8μm。4.根据权利要求1所述的高强度螺栓，其特征在于，所述中碳低合金钢中所述杂质按质量百分比包括：S<0.015％，P<0.015％，O<0.0015％，N<0.0020％。5.根据权利要求1所述的高强度螺栓，其特征在于，所述氮氧碳共渗层包括设于所述螺栓体表面的气体共渗扩散层和设于所述气体共渗扩散层表面的气体共渗化合物层；可选的，所述气体共渗扩散层的厚度为0.15mm～0.25mm；可选的，所述气体共渗化合物层的厚度为5μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国栋，孙浩儿，马骥，
申请(专利权)人：宁波浩渤涂覆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33