本发明专利技术公开了一种Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓及其制造和使用方法，其特征在于：其材料按质量百分比由以下成分组成：C：0.02%～1.2%；Mn：13%～24.9%；Si：2%～6%；Ni：1%～7%；Cr：0.5%～12%；V：0%～2%；余量为Fe。本发明专利技术所提供的防松螺栓的性能优于普通螺栓，具有良好的防松效果，尤其适用于机械内部操作空间小不易实施其他防松措施螺纹连接的场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
螺纹连接是现代结构和机械设备常用的连接方式之一。一般螺纹连接都具有自锁性，但受到较大振动、变载、冲击作用或温度变化较大时，螺纹连接易出现松动、松脱、疲劳断裂，导致连接失效。螺纹连接的使用实践及防松性能试验、疲劳强度试验证明:松动失效是承受交变载荷作用下螺纹连接的主要失效形式之一。松动将引起连接预紧力减小甚至丧失，使连接失效，造成事故。螺纹连接松动的主要原因是:螺纹连接在配合的螺纹牙之间存在一定啮合间隙，在受到横向载荷(振动、冲击和载荷)作用时，螺母与螺栓之间能产生不同频率的振动，使得螺旋副的摩擦力矩急剧下降，瞬时可减小到0，破坏螺旋副自锁条件，导致螺母自动回转松动。因此，螺纹牙间啮合间隙是导致螺母松动的根本原因，而啮合间隙的大小，是由螺栓与螺母的标准公差带(取决于制造精度)所决定的。制造精度越高，啮合间隙就越小，但螺栓和螺母的加工成本就会越高。因此，在不增加加工成本的前提下，提高螺栓和螺母的加工精度，最大程度地减小螺纹牙间的啮合间隙，甚至产生过盈配合，是解决螺纹连接松动的关键所在。据有关资料统计，世界各国每年机械设备因紧固件松动、松脱、疲劳断裂所造成直接经济损失达数十亿美元以上。因此，如何简单、有效地防止螺母的松动问题已经成为亟待解决的问题。近几年来，国内外在螺纹连接防松的研究方面已经作了许多的工作，研制成功了一些新型的防松螺母，并取得了一定的成效。这些螺母多从结构角度进行改进，采用摩擦防松的机理来达到防松的目的。如ST2型防松螺母、凹凸型防松螺母、锲紧自锁螺母、加键防松螺母等，这些防松方法虽然 在某些工作状况下取得一定的防松效果，但是它们或者防松性能不十分可靠，或者因其需要辅助零件、辅助加工带来使用上的不便，或者从根本上改变可拆连接的性质，或者因成本过高不易推广。总之，从结构入手并没有使螺母的松动问题得到尽善的解决。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种Fe-Mn-Si形状记忆合金及其制备方法和应用。本专利技术主要利用Fe-Mn-Si形状记忆合金的形状记忆效应而进行螺纹连接防松，有效解决螺纹连接松动及松脱问题，尤其适用于机械内部操作空间小不易实施其他防松措施的螺纹连接。本专利技术采用的技术手段如下:—种Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓，其特征在于:其材料按质量百分比由以下成分组成:C:0.02% 1.2% ；Mn: 13% 24.9% ;S1: 2% 6%;N1:l% 7%;Cr: 0.5% 12%;V:0% 2%;余量为Fe。作为优选，其材料按质量百分比由以下成分组成:C:0.02% 1.0% ;Mn: 15% 20%;S1: 3% 6%;N1:l% 6%;Cr: 2% 12%;V:0% 2%;余量为Fe。本专利技术还提供了上述Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓的制造方法，其特征在于包括如下步骤:①铸锭处理:将原料按预设的配比混合后采用真空感应熔炼炉熔炼；熔炼时，待原料全部溶化，保温30min-40min后模浇铸成铸锭；将铸锭在950°C -1100°C下均匀化退火24h-30h后切去帽口，车去外皮，热锻成圆柱形棒料，在550°C 780°C下热拔成丝材；②螺栓毛坯的制造:采用螺栓生产的冷锻工艺将丝材制造成螺栓毛坯；③拉伸变形:将螺栓毛坯在拉伸试验机上用夹头进行3%_8%的拉伸变形；④螺纹加工:采用搓或滚丝板对螺栓毛坯进行螺纹加工或采用车削加工法对螺栓毛还进行螺纹加工。作为优选，所述步骤③之前还包括提高形状记忆效应的步骤，所述提高形状记忆效应的步骤为采用拉伸预变形或形变强化法。作为优选，所述拉伸预变形是将螺栓毛坯在拉伸试验机上进行4% 10%的拉伸变形，在300°C 500V下进行回复退火的训练工艺；所述形变强化法为在300V 800V下对螺栓毛坯进行1% 20%的变形的形变强化工艺。本专利技术还提供了上述Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的使用方法，其特征在于:按照Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的预紧力矩，将螺栓加热到350°C 500°C，保温10min_20min使其与相匹配的螺母固定。本专利技术提供的Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓的组分中，Fe元素来源可以采用工业纯铁或者低成本的低碳钢均可，另外，还含有一些在加工过程中不可避免的微量杂质，杂质主要涉及S、P等。 本专利技术提供的Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓是利用Fe-Mn-Si形状记忆合金的形状记忆效应而进行螺纹连接防松的。将拉伸预变形后的螺栓毛坯加工成标准外螺纹制成防松螺栓，与普通螺母配合扭紧后，对螺栓进行加热，Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓发生形状恢复使螺旋副间产生恢复力，并转化为螺纹副间的自锁摩擦力矩来防止螺旋副相对转动，进而达到防松的目的。防松摩擦力矩的来源有三方面:一是经过拉伸变形后的螺栓在加热后，产生了轴向恢复力(如图1所示)，该轴向恢复力转化为螺旋副间的自锁摩擦力矩，防止螺纹副间发生相对转动，进而起到防松的目的；二是螺栓在加热形状恢复过程中将产生径向增大量，该径向增大量会消除螺纹连接副的径向间隙，并受到螺母的约束作用而产生径向恢复力(如图2所示)，该恢复力也可以转化为螺纹副之间的自锁摩擦力矩，起到防松的作用；三是在拧紧的过程中，螺栓螺纹牙由于受到弯曲应力的作用而产生应力诱发ε马氏体，加热后弯曲变形就会恢复，也会产生轴向恢复力而起到防松作用。普通螺栓连接时的防松摩擦力矩是由螺旋副间的摩擦阻力和螺母、螺栓头支撑面与被连接件接触表面上的摩擦力，二者综合作用产生的 一个自锁摩擦力矩。较现有技术相t匕，本专利技术提供的由Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓，除了具有普通螺栓连接的防松摩擦力矩外，还具有Fe-Mn-Si合金形状记忆效应产生的轴向、径向和螺纹牙形间的恢复力提供的自锁摩擦力矩。因此，Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓比普通螺栓具有更好的自锁防松性能。同时，Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓加热后产生的恢复力，可以减少甚至取代普通螺栓的预紧力，安装方便，基于上述理由本专利技术特别适用机械内部操作空间小不易实施其他防松措施的螺纹连接。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓轴向恢复力示意图。图2是本专利技术Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓径向恢复力示意图。图中:1、螺母2、Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓具体实施例方式下面结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。选用熔炼原料，按如下配比(化学成分的质量百分比)混合:Mn:16.86% ；Si:4.50% ；Cr:10.30% ；Ni:5.29% ；C:≤ 0.08 ;其余为 Fe，Fe 选用工业纯铁，主要杂质为为C、Al等，在氩气保护下于真空ZG-0.025型可控硅中频感应熔炼炉冶炼，真空度为10_2Torr。待原料溶化后保温30min使其均匀后，在金属模中浇铸成15Kg的铸锭。为了消除铸锭成分的不均匀性，铸锭经1200°C均匀化退火24h后，车去表面氧化皮，切去帽口，再加热到1100°C保温Ih后热锻成cp40mm|wl棒坯料，始锻温度为1050°C，终锻温度不低于900°C ;然后在大约600°C温度下拔丝成cp9mm的丝材并校直。详细加工Fe-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Fe‑Mn‑Si形状记忆合金防松螺栓，其特征在于：其材料按质量百分比由以下成分组成：C：0.02%～1.2%；Mn：13%～24.9%；Si：2%～6%；Ni：1%～7%；Cr：0.5%～12%；V：0%～2%；余量为Fe。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林成新，刘志杰，刘林林，郭宝喜，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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