本發(fā)明螺栓的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓的特殊磷化生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
缸蓋螺栓是在變應(yīng)力條件下工作，是發(fā)動機(jī)中強(qiáng)度要求最高的螺栓之一。在發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓裝配后，缸體受力，導(dǎo)致缸筒在靜力載荷作用下產(chǎn)生一定變形。如果缸筒變形過大會影響到機(jī)油消耗量、漏氣量、摩擦功、缸筒磨損、尾氣排放等。為了滿足更高的設(shè)計和排放要求，減小缸筒變形也變得更加重要，因而缸蓋螺栓的設(shè)計軸向力越來越高。
金屬材料(主要是鋼鐵材料)表面通過磷化處理所得到的磷酸錳鹽膜能有效地降低摩擦副表面的摩擦系數(shù)、防止咬合或擦傷、減小運動阻力和噪聲。這種以提高耐磨性為主的磷化處理工藝現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車、輕工、化工、電氣、軍事工業(yè)等領(lǐng)域的摩擦零件，如各種齒輪、凸輪、挺桿、曲軸、活塞、萬向節(jié)、泵、制冷壓縮機(jī)及武器部件等。
CN 103785992 A公開了一種氣缸蓋螺栓機(jī)加工工藝。其包括以下步驟：A)在銑打機(jī)上銑兩端面，同時在兩端面上打中心孔；B)粗車時車成直棒；C)進(jìn)行熱處理；D)熱處理后在普通車床上修整中心孔；E)以中心孔為基準(zhǔn)，半精車兩端外圓；F)以車好的外圓為基準(zhǔn)在數(shù)控車床上車出整體外形。但該工藝的主要目的是消除熱處理后的變形及保證精車尺寸精度，不涉及提高螺栓的強(qiáng)度。
發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓在使用過程中，會有斷裂的風(fēng)險，且該斷裂會引起嚴(yán)重后果。經(jīng)過分析表明，引起螺栓脆性斷裂的可能原因有組織過熱、回火脆性和氫脆、咬合擦傷等機(jī)械損傷。因此，在加工過程中，如何提高螺栓的強(qiáng)度，防止其斷裂，是本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓的特殊磷化生產(chǎn)工藝，能夠提高螺栓的強(qiáng)度，防止其斷裂。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓的特殊磷化生產(chǎn)工藝，包括：
(1)冷成型；
(2)倒角，倒角后可選清洗；
(3)熱處理，860±5℃淬火，480±5℃回火110-130分鐘；
(4)較直；
(5)磨螺坯；
(6)滾壓螺紋；
(7)清洗后探傷；
(8)表面磷化，所述表面磷化用磷化處理試劑磷化處理后，對磷化膜刷光處理；
(9)去氫，控制材料中氫含量小于0.5ppm；
(10)涂覆，隨后浸油。
刷光處理除去了磷化膜表層附著力較差的磷酸鹽，降低了表面粗糙度，從而提高了耐磨性。尤其值得指出的是，磷化件在裝機(jī)后運行過程中，未刷光的磷化膜在磨損初期產(chǎn)生了大量的磷酸鹽磨屑，這些磨屑?xì)埩粼谀Σ帘砻嫔匣蜻M(jìn)入機(jī)件后均將成為磨粒磨損的粒子，從而更加降低了耐磨性。這說明本發(fā)明對磷化膜進(jìn)行刷光處理將明顯有助于摩擦副的耐磨性的提高。
本發(fā)明所述發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓材料為SCM435鋼，其有很高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr高，高溫下有高的蠕變強(qiáng)度與持久強(qiáng)度，長期工作溫度可達(dá)500℃；冷變形時塑性中等，焊接性差。用作在高負(fù)荷下工作的重要結(jié)構(gòu)件，如車輛和發(fā)動機(jī)的傳動件；汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、主軸、重載荷的傳動軸，大斷面零件。
SCM435鋼化學(xué)成分如下：碳C：0.33～0.38；硅Si：0.15～0.35；錳Mn：0.60～0.90；硫S：允許殘余含量≤0.030；磷P：允許殘余含量≤0.030；鉻Cr：0.90～1.20；鎳Ni：允許殘余含量≤0.25；銅Cu：允許殘余含量≤0.30；鉬Mo：0.15～0.30，鐵Fe余量。
本發(fā)明通過對斷裂螺栓進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)螺栓的斷裂最大可能是氫脆斷裂，氫脆斷裂是在氫、材料微裂紋和拉伸應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的。首先，過量的氫是造成螺栓氫脆斷裂最基本的原因。對于強(qiáng)度大于1200MPa的螺栓，材料中氫含量在5ppm～10ppm就可導(dǎo)致氫脆。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝得到的螺栓輕度大于1200MPa，屬高強(qiáng)度螺栓，具有高的氫脆敏感性。從螺栓生產(chǎn)過程來看，氫含量偏高應(yīng)是由表面磷化或去氫處理不徹底造成的，螺栓發(fā)生氫脆的外部條件是螺栓受到靜拉伸應(yīng)力作用。因此本發(fā)明通過嚴(yán)格限制氫含量，來減少氫脆。
本發(fā)明的工藝通過特定的熱處理工藝對螺栓進(jìn)行處理，其顯微組織為回火馬氏體，按照J(rèn)B/T 8837-2000評定，組織級別為1級，符合1-3級的技術(shù)條件規(guī)定，金相檢驗顯示表面無脫碳。用苦味酸酒精溶液侵蝕，晶界未出現(xiàn)染色，說明本發(fā)明得到的發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓不存在回火脆性。
切取縱向試樣，經(jīng)鑲嵌、磨拋后在LEICADMRM型光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗，按GB/T 10561-2005/ISO4967：1998(E)標(biāo)準(zhǔn)A法，使用ISO評級圖評定，結(jié)果為：A0.5，B0，C0，D0。
按照GB/T228.1-2010標(biāo)準(zhǔn)，從本發(fā)明得到的螺栓上取樣，加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，進(jìn)行常規(guī)拉伸試驗，其抗拉強(qiáng)度為1385MPa，屈服強(qiáng)度1429MPa，斷后伸長率16.5％。
為檢驗螺栓頭部的緊固性，從本發(fā)明得到的螺栓中選擇樣品，根據(jù)C10 0050標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行楔負(fù)載強(qiáng)度試驗，結(jié)果為1389MPa。
本發(fā)明的工藝通過特定的熱處理及控制氫含量，使得得到的發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓符合標(biāo)準(zhǔn)，且斷裂幾率大幅減少。本發(fā)明通過實驗，選取100件螺栓，進(jìn)行實際應(yīng)用實驗，在裝配本發(fā)明生產(chǎn)工藝得到的發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓后，應(yīng)用10000小時后，未發(fā)現(xiàn)任何裂痕。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實施例1
一種發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓的特殊磷化生產(chǎn)工藝，包括：
(1)冷成型；
(2)倒角，倒角后可選清洗；
(3)熱處理，860±5℃淬火，480±5℃回火110-130分鐘；
(4)較直；
(5)磨螺坯；
(6)滾壓螺紋；
(7)清洗后探傷；
(8)表面磷化，所述表面磷化用磷化處理試劑磷化處理后，對磷化膜刷光處理；
(9)去氫，控制材料中氫含量小于0.5ppm；
(10)涂覆。
所述發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓材料為SCM435鋼。
對所述螺栓進(jìn)行檢測，其顯微組織為回火馬氏體，按照J(rèn)B/T 8837-2000評定，組織級別為1級，符合1-3級的技術(shù)條件規(guī)定，金相檢驗顯示表面無脫碳。用苦味酸酒精溶液侵蝕，晶界未出現(xiàn)染色，說明得到的發(fā)動機(jī)缸蓋螺栓不存在回火脆性。
切取縱向試樣，經(jīng)鑲嵌、磨拋后在LEICADMRM型光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗，按GB/T 10561-2005/ISO4967：1998(E)標(biāo)準(zhǔn)A法，使用ISO評級圖評定，結(jié)果為：A0.5，B0，C0，D0。
按照GB/T228.1-2010標(biāo)準(zhǔn)，從本發(fā)明得到的螺栓上取樣，加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，進(jìn)行常規(guī)拉伸試驗，其抗拉強(qiáng)度為1385MPa，屈服強(qiáng)度1429MPa，斷后伸長率16.5％。
為檢驗螺栓頭部的緊固性，從本發(fā)明得到的螺栓中選擇樣品，根據(jù)C10 0050標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行楔負(fù)載強(qiáng)度試驗，結(jié)果為1389MPa。
檢測結(jié)果表明，本發(fā)明的生產(chǎn)工藝得到的螺栓，符合規(guī)定，且其斷裂風(fēng)險大幅減少。