轻合金自攻螺纹紧固件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及自攻螺纹紧固件（１０，２０，４０，８０，１００），它是用热固性轻合金制作的并用作切制螺纹的工具。其杆（１２，２２，４４，６４，８４，１０４）上有螺纹（１４，２６，４８，７０，８６，１０６），螺纹上呈现螺牙侧面。本发明专利技术的特征在于切螺纹工具上至少有一段螺纹与其余螺纹因热处理不同而有不同的组织。本发明专利技术还涉及螺纹紧固件的生产方法，通过轧制成形或通过金属切削产生螺纹形状；将螺纹紧固件固溶退火；且螺纹紧固件在水中淬火然后作热时效处理；这期间螺纹紧固件不同部分经受不同的热处理。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用热固性轻金属合金制作的自攻螺纹紧固件，其杆的螺纹有牙型侧面，杆的一端为螺纹成形段，需要时还可有钻孔的锥形端部。本专利技术还涉及制造这样的螺纹紧固件的方法。轻金属与其他金属，如钢铁比，密度低得多，因而比重小。因此，轻金属零件应用于减重很重要的场合，如汽车工业中。许多轻金属零件用压力铸造方法由铝、锌或镁合金制作的。但当这种零件与由渗碳钢、热处理钢或优质钢种制成的已知传统自攻螺纹紧固在一起时会有问题。镁合金制造的未镀表面涂层或后处理的螺纹配合连接件，及其中紧固件经表面硬化、热处理或是优质钢种做的，特别是螺钉配件暴露在腐蚀介质的情况下，连接件头部下面的接触区经常出现腐蚀的迹象。这种接触腐蚀的原因在于轻金属零件和钢紧固件的电化学残余电势有很大差异。这种接触腐蚀极大地限制了螺旋配件使用安全性。虽然对表面渗碳钢，热处理钢或优质钢的紧固件镀上特殊的镀层可降低接触腐蚀，但并不能完全避免。轻金属零件与钢紧固件的螺纹配合连接的另一个问题是由于轻金属和钢的膨胀系数不同引起的。由于这种材当料温度略有上升就产生松弛，因此镁零件的工业应用同样受到限制。如果钢紧固件用于连接这些零件，则二种材料热膨胀系数的不同使螺纹配件的拉紧力产生很大波动。这进一步限制了镁零件的工业应用。本专利技术的目的是要尽量避免现有技术中出现的这种缺点。根据本专利技术，这一目的可用开头所述那种自攻螺纹紧固件来实现，由于热处理的不同，这种紧固件的至少一部分与其余部分在材料的显微组织上是不同的。这种紧固件能将二种明显矛盾的性能集合于一身，即至少有一部分显示这种材料所允许的最大强度，而其余部分显示所用材料最大可能耐腐蚀性。本专利技术是基于以下认识，即热固化的铝合金零件，特别是含铜的零件，当热处理到最大强度时具有对应力裂纹腐蚀敏感的倾向，这种效应归因于在热时效硬化及/或沉淀处理时晶界区中共格沉淀和非共格沉淀的形成。它能导致晶间腐蚀。紧固件一部分材料的显微组织可以改变，以使这部分显示极高的强度，伴随着耐腐蚀性可能下降，而紧固件其余部分材料即使在拉伸应力下也显示最大的耐腐蚀性。该紧固件的一个优选实施例是其杆的一端有螺纹成形锥形端部，此螺纹成形端部材料的显微组织给予材料的特殊强度，而紧固件其余部分材料的显微组织提供特别优异的耐腐蚀性能。美国5,755,542A号专利公开了一种螺纹形的紧固件，虽然这种紧固件是同一块母材上加工出来的，它的全长上有不同的材料性能区域。然而，即使在说明书中未明确陈述，但这篇专利的相关母材必然是钢，轻金属决不可能显示RH50以上的洛氏硬度(第2栏，60/61行及权利要求9；实际上轻金属决不可能达到30RH以上的硬度)。与本专利技术主要内容一致的事实是，紧固件锥形端部提供的母材硬度大于紧固件其余部分。但紧固件其余部分材料性能的这种差异意味着柔性较好，因此在紧固件最后紧固状态其螺纹与周围接触紧密(第5栏，60-65行)。相反，本专利技术在轻金属紧固件的其余部分提供最大可能的耐腐蚀性。举例说，紧固件不同部分材料显微组织的差异可通过对各部分用不同形式的热处理来达到。但也可用机械成形方法改变紧固件材料的显微组织。所述的机械成形同样限于紧固件的一部分。它同样可以在热处理后很好地进行，例如在热时效硬化后进行。采用的机械成形的方法可以是紧固件螺纹的滚压成形。至少部分紧固件材料可用锻造铝合金，除铝外，下列成分含量为硅0.1-0.5％铁0-0.5％铜0.5-2.5％锰0.1-0.4％镁2.0-3.9％铬0-0.3％锌4.0-8.5％钛0-0.2％锆0-0.25％如果轻金属零件，例如镁零件与本专利技术的紧固件连接在一起，则在开始时所说的那些问题不会发生，因为镁及铝有基本上相同的热膨胀系数，它们在20-100℃温度范围内分别为27×10-6/K-1(镁)和23.6×10-6/K-1(铝)。二种金属的腐蚀电位也相似，即镁为-1.67V.，铝为-0.83V。上面所述的锻造铝合金制造的紧固件还能满足更多要求，即为螺纹牙面提供足够的硬度。为了省去在零件上切削出螺纹的工序，螺纹牙面高硬度是紧固件在零件上产生其螺纹的先决条件。否则就需要这一步。就加工成本而言，只有铝紧固件才能作为自攻螺纹紧固件与钢螺钉竞争。推荐的紧固件类型是上述说明中的自攻螺纹紧固件，其中至少在螺纹牙面已作阳极化处理，因而已有氧化层。这样的氧化层极大地增加螺纹紧固件表面硬度并且导致能使用这样螺钉作为自攻螺纹紧固件。如果被连接材料没有足够的强度或硬度，则在螺纹紧固件表上有一层滑动镀层就足以确保正确形成配对的螺纹。在要求较高的情况下，硬的阳极化层可改进紧固件的驱动性能。用于上述紧固件优选的氧化层是浸渍了减磨剂，例如聚四氟乙烯(Teflon)浸渍化合物。这种浸渍化合物极大地降低紧固件与被攻螺纹零件表面之间的摩擦。因此作用在紧固件上的力也减小，从而受到的应力也小了。反之，如果摩擦力未降低，仍然使用这种螺纹紧固件强度就会不够。紧固件最好还有滑动涂层，至少在螺致牙面上。这样的滑动涂层可进一步减少上述的摩擦力，使上述优点更显著。原则上，铝制的自攻螺纹紧固件可做成适合各种用途的不同几何形状，但它将作为通用的自攻螺纹紧固件被使用。紧固件的优选型式是其螺纹牙面隆起超出螺纹外径以外。这样的隆起最好这样布置，即形成一条或一条以上环绕紧固件杆身的螺旋线，隆起沿该螺旋线排列。当紧固件有特殊的牙面导程时，绕紧固件杆身周围的螺旋线的导程最好大于螺纹导程。这样形状的紧固件见德国专利文献第2703433号，但它不是用锻造铝合金制造的，实验表明，这种形状的铝紧固件有良好的螺纹配合效果。本专利技术的目的还有制作符合本专利技术说明书的紧固件的方法，此方法包括以下几步-用滚压、切削方法加工出螺纹几何形状，构成紧固件；-将紧固件进行固溶退火；-将紧固件在水中淬火，及-将紧固件进行热时效硬化处理，使各个部分有不同的热处理。紧固件在热时效硬化时对上述各部分作不同处理，使之在紧固件各部分可选择地形成不同的材料显微组织。在紧固件全长上选择有不同的性能，用传统的炉内热处理方法几乎没有可能，因为在这些炉子内整根紧固件自然有均匀的温度，因而在全长和横截而上有相应的均匀的性能。但现有技术中固溶退火(US5,755,542A)后，紧固件在水中淬火时整个紧固件可有最大可能的硬度，只有紧固件其余部分作局部加热(热时效硬化)，导致该部分“过时效”，使它有所要求的最大耐腐蚀性。然而，用感应加热方法可使紧固件各部分有不同的温度。为了做到这一点，紧固件在线圈中，也叫感应线圈，分开加热。这种适当的调整，使紧固件头部及传递拉力的螺纹长度可以经受一个温度及时间序列工艺曲线，达到最大耐腐蚀性，而在锥形端附近紧固件负责螺纹成型的那部分，同时经受不同的温度及时间序列工艺曲线作用而得到最大可能的材料硬度。每种情况下热处理工艺的最佳参数(温度，时间)取决于紧固件材料的化学成分。紧固件热时效硬化热处理最好这样来完成，即紧固件远离头部的那部分有最大显微组织硬度，即那部分显微组织硬度最大。相应地，紧固件的热处理最好这样进行，除了远离头部的端部那部分外，整个紧固件有最佳的耐腐蚀性。如果成品紧固件需要有螺钉头，则紧固件成形的工艺包括在滚压或切削形成螺纹几何形状之前先压制头部形状。此外，紧固件在固溶退火前最好先酸洗。固溶退本文档来自技高网...

【技术保护点】
自攻螺纹紧固件（１０，２０，４０，６０，８０，１００）用热固性轻金属合金作为材料制造而成，它的杆部（１２，２２，４４，６４，８４，１０４）具有带螺纹面的螺纹（１４，２６，４８，７０，８６，１０６），其特征在于，紧固件至少一个区域上的材料与其它部分具有不同的构件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H弗里德里希，B雷克，
申请(专利权)人：联结技术两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]