專利名稱：提高鋼制螺栓耐松弛性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高鋼制螺栓耐松弛性的方法。
背景技術(shù)：
鋼制螺栓在具有擰入零件的內(nèi)螺紋孔中的外螺紋部分的螺紋軸的一端有螺栓頭，當(dāng)把有螺栓孔的另一個(gè)零件重疊在有內(nèi)螺紋孔的零件上，把鋼制螺栓的外螺紋部分穿過螺栓孔，擰入內(nèi)螺紋孔中的情況下，螺紋軸上帶有外螺紋部分的擰入內(nèi)螺紋孔的終端與螺栓頭之間的非擰入部分，便受到了沿軸線方向的拉伸應(yīng)力。由于在制造鋼制螺栓的工藝過程中，要經(jīng)過拉拔等塑性加工，此外，還要進(jìn)行熱處理，所以，在其結(jié)晶晶格內(nèi)部產(chǎn)生了許多位錯(cuò)，因此，在上述拉伸應(yīng)力作用下，會在上述非擰入部分中產(chǎn)生由位錯(cuò)的移動而引起的伸長，并由于這種伸長而降低軸向的拉力。由于這種伸長而造成的軸向拉力的降低就稱為松弛性。
因此，為了提高鋼制螺栓的耐松弛性，提出了對這種鋼制螺栓進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理的方法。例如，見專利文獻(xiàn)1-特開2001-348618號公報(bào)(第1～8頁)。
可是，經(jīng)過發(fā)藍(lán)處理的螺栓，其耐松弛性提高的程度很低，因此，目前還希望進(jìn)一步提高這種耐松弛性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使用比較簡單的手段，就能大幅度提高鋼制螺栓的耐松弛性的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種提高鋼制螺栓的耐松弛性的方法，按照這種方法，先準(zhǔn)備好，在具有用于擰入零件的內(nèi)螺紋孔中的外螺紋部分的螺紋軸的一端，具有螺栓頭的鋼制螺栓；再把上述外螺紋部分?jǐn)Q入螺栓保持工具的帶有內(nèi)螺紋的保持孔中，擰入的長度超過使用時(shí)擰緊在上述零件的上述內(nèi)螺紋孔中的擰入長度L2；接著，在上述螺紋軸上，在上述外螺紋部分的擰入終端與上述螺栓頭之間的軸狀部分上，施加超過其軸狀部分的彈性極限的軸向拉伸應(yīng)力，于是，上述軸狀部分作便成為受到應(yīng)力載荷的區(qū)域；然后，對上述受到應(yīng)力載荷的區(qū)域進(jìn)行設(shè)定的加熱溫度T為200℃≤T≤300℃的熱處理，使上述區(qū)域成為受到應(yīng)力載荷和加熱的區(qū)域。
借助于上述方法，就能使螺紋軸上的，在外螺紋部分的擰入終端與螺栓頭之間的軸狀部分中所產(chǎn)生的位錯(cuò)成為固定不動的位錯(cuò)，這樣，在較大的拉伸應(yīng)力下使用時(shí)，就能抑制螺紋軸上非擰入部分的伸長，減少螺紋軸向拉伸應(yīng)力的降低。此外，由于上述拉伸應(yīng)力沒有作用在外螺紋部分上擰入帶有內(nèi)螺紋的保持孔內(nèi)的那一部分上，即，擰緊時(shí)的擰入部分上，所以這一部分上就沒有受到導(dǎo)致螺紋的節(jié)距變化等等的不良影響。因此，在使用螺栓時(shí)，能以規(guī)定的扭矩?cái)Q緊這個(gè)螺栓。
另外，當(dāng)熱處理的加熱溫度T小于200℃時(shí)，這種熱處理就沒有效果，另一方面，當(dāng)T大于300℃時(shí)，軸向拉力就降低得太多了。


圖1是表示鋼制螺栓上的螺紋軸的變化的一個(gè)例子的說明圖；圖2是表示提高耐松弛性的方法的一個(gè)實(shí)施例，和鋼制螺栓使用時(shí)的例子的說明圖；圖3是表示鋼制螺栓上的螺紋軸的變化的另一個(gè)例子的說明圖；圖4是表示提高耐松弛性的方法的另一個(gè)實(shí)施例，和鋼制螺栓使用時(shí)的另一個(gè)例子的說明圖；圖5是鋼制螺栓的一個(gè)例子的正視圖；圖6是熱處理的加熱溫度T與加熱時(shí)加載后的殘余軸向拉力之間的關(guān)系曲線圖；圖7是伸長δ與軸向拉力降低量、軸向拉力降低率之間的關(guān)系曲線圖；
圖8是在伸長δ為500μm的情況下，初始軸向拉力與加熱時(shí)加載后的殘余軸向拉力之間的關(guān)系曲線圖；圖9是在伸長δ為1000μm的情況下，初始軸向拉力與加熱時(shí)加載后的殘余軸向拉力之間的關(guān)系曲線圖；圖10是鋼制螺栓另一個(gè)例子的正視圖。
具體實(shí)施例方式圖1(a)中所示的鋼制螺栓1是實(shí)施提高耐松弛性的方法用的螺栓，它在帶有擰入零件的內(nèi)螺紋孔中的外螺紋部分2的螺紋軸3的一端，有一個(gè)螺栓頭4。這個(gè)螺栓頭4由六角形部分5和凸緣部分6所構(gòu)成。
鋼制螺栓1是經(jīng)過以下各道工序制成的。即，在鋼琴絲線材類的線材上進(jìn)行鋼絲韌化處理的工序；在上述線材上進(jìn)行表面處理的工序；在上述線材上進(jìn)行拉伸加工的工序；以及在毛坯上進(jìn)行冷壓成型加工，獲得鋼制螺栓1的工序。
如圖2(a)、(b)所示，在對鋼制螺栓1實(shí)施提高其耐松弛性的方法時(shí)，要使用螺栓保持工具7。上述螺栓保持工具7是用鋼制成的，其一個(gè)端面8敞開，并具有直徑大于鋼制螺栓1的螺紋軸3的孔部9，以及與上述孔部9連通，且其直徑小于孔部9，帶有內(nèi)螺紋的保持孔10?？撞?的長度L1，是在使用時(shí)把鋼制螺栓1的外螺紋部分2擰入零件的內(nèi)螺紋孔中的長度，即，擰緊時(shí)擰入長度L2以上的部分，在本實(shí)施例中，將這一部分設(shè)定為大致能獲得與其擰緊時(shí)的擰入長度L2相等。
(1)如圖2(a)所示，把鋼制螺栓1的外螺紋部分2擰入螺栓保持工具7的帶內(nèi)螺紋的保持孔10內(nèi)，并使其螺栓頭4與端面8壓接。外螺紋部分2的擰入長度，大致與使用中擰緊時(shí)的擰入長度L2相等。
(2)在螺紋軸3上，在外螺紋部分2的擰入終端a與螺栓頭4之間的部分上，即，在被孔部9所包圍著的軸狀部分11上施加負(fù)載，以使其軸線方向的拉伸應(yīng)力超過其彈性極限，使這個(gè)軸狀部分11成為受到應(yīng)力負(fù)載的區(qū)域A1。即，如圖2(b)所示，通過轉(zhuǎn)動鋼制螺栓1將其擰緊，使得螺紋軸3產(chǎn)生伸長(應(yīng)變)δ，并使得外螺紋部分2的被孔部9包圍的軸狀部分11的一部分進(jìn)入帶內(nèi)螺紋的保持孔10中。在這樣的情況下，在螺紋軸3上，受到應(yīng)力負(fù)載的區(qū)域A1就變成進(jìn)入帶內(nèi)螺紋的保持孔10中的上述擰入終端a與螺栓頭4之間的部分，其在軸線方向的長度是圖1(b)中所示的L3。
(3)把螺栓保持工具7與鋼制螺栓1一起放入加熱爐內(nèi)，接著，對受到應(yīng)力負(fù)載的區(qū)域A1進(jìn)行熱處理，并分別設(shè)定其加熱溫度T為200℃≤T≤300℃，其加熱時(shí)間t為0.5小時(shí)≤t≤3小時(shí)，然后進(jìn)行空冷，于是，上述區(qū)域A1就成為受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2。
在進(jìn)行了上述(1)～(3)工序之后，把鋼制螺栓1從螺栓保持工具7上卸下來，于是，在受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2中，其軸線方向的長度L4便如圖1(c)中所示的那樣，縮短了因彈性而伸長的長度部分λ。
如圖2(c)所示，在使用鋼制螺栓1時(shí)，把具有螺栓孔14的另一個(gè)零件15重疊對準(zhǔn)在具有內(nèi)螺紋孔12的零件13上，把鋼制螺栓1的外螺紋部分2穿過螺栓孔14，擰入內(nèi)螺紋孔12中，使螺栓頭4壓接在另一個(gè)零件15的端面16上。在此狀態(tài)下，把外螺紋部分2擰入內(nèi)螺紋孔12中的擰入長度，要比擰緊時(shí)的擰入長度L2短。
接著，如圖2(d)、圖1(d)所示，擰緊鋼制螺栓1，并確保其外螺紋部分2擰緊時(shí)的擰入長度為L2。此時(shí)，在圖2(c)中的鋼制螺栓1的被包圍在螺栓孔14中的部分伸長了δ1，而受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2的端部則處于內(nèi)螺紋孔12的開口外的附近，這個(gè)區(qū)域A2沒有進(jìn)入內(nèi)螺紋孔12內(nèi)。即，在使用這種具有受到應(yīng)力負(fù)載和加熱區(qū)域A2的鋼制螺栓1時(shí)，如以另一個(gè)零件15的螺栓孔14的長度為L5，而以螺紋軸3的受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2上擰緊螺栓后的軸線方向的長度為L6，則將螺栓保持工具7的孔部9的長度L1與螺栓孔14的長度L5之間的關(guān)系設(shè)定為L1＜L5，以便使得L4＝L6(包括L5L6)的關(guān)系成立。
按照上述提高耐松弛性的方法，在螺紋軸3上，能使得在外螺紋部分2的擰入的終端a與螺栓頭4之間的軸狀部分11中產(chǎn)生的位錯(cuò)固定不動，成為不活動的位錯(cuò)，這樣，便如圖2(d)所示，當(dāng)在比較大的拉伸應(yīng)力下使用時(shí)，就能防止螺紋軸3的未擰入部分的受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2的伸長，從而減少軸向拉力的降低。此外，由于上述拉伸應(yīng)力并不作用在外螺紋部分2的擰入內(nèi)螺紋保持孔10中的那一部分上，即，擰緊時(shí)的擰入部分B上，因此螺紋的節(jié)距變化等不良影響不會波及到部分B。因此，就能在使用時(shí)把鋼制螺栓1擰緊到規(guī)定的扭矩。
在本實(shí)施例中，如圖3(a)、圖4(a)所示，把螺栓保持工具7的孔部9的長度L7做得比上述實(shí)施例中的孔部9的長度L1還要短，即，設(shè)定L7＜L1，把與上述同樣的鋼制螺栓1的外螺紋部分2擰緊在螺栓保持工具7的帶內(nèi)螺紋的保持孔10中時(shí)，擰入的長度超過擰入長度L2。并以這種過度的擰入長度為L8。
如圖3(b)、圖4(b)所示，在軸狀部分11受到上述拉伸應(yīng)力作用的狀態(tài)下，在受到應(yīng)力負(fù)載的區(qū)域A1與擰緊時(shí)的擰入部分B之間，存在著沒有應(yīng)力負(fù)載的區(qū)域，即節(jié)距正常的部分b。
如圖3(c)所示，把經(jīng)過熱處理的鋼制螺栓1從螺栓保持工具7中卸下來時(shí)，在與上述實(shí)施例一樣的受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2上，其軸線方向的長度L4縮短了因彈性而伸長的那一部分長度λ。
與上述實(shí)施例一樣，如圖4(c)所示，在使用鋼制螺栓1時(shí)，把具有螺栓孔14的另一個(gè)零件15重疊對準(zhǔn)在具有內(nèi)螺紋孔12的零件13上，把鋼制螺栓1的外螺紋部分2穿過螺栓孔14，擰入內(nèi)螺紋孔12中，使螺栓頭4壓接在另一個(gè)零件15的端面16上。在此狀態(tài)下，外螺紋部分2擰入內(nèi)螺紋孔12中的擰入長度，要比擰緊時(shí)的擰入長度L2短。
接著，如圖4(d)、圖3(d)所示，擰緊鋼制螺栓1，并確保其外螺紋部分2上擰緊時(shí)的擰入長度L2。此時(shí)，在圖4(c)中，鋼制螺栓1的包圍在螺栓孔14中的部分伸長了δ1，而在受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2的端部與內(nèi)螺紋孔12的開口之間，則存在著上述部分b的全部或一部分，因此，螺栓上節(jié)距發(fā)生變化的受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2不會進(jìn)入內(nèi)螺紋孔12內(nèi)。
即，在使用這種具有受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2的鋼制螺栓1時(shí)，如以另一個(gè)零件15的螺栓孔14的長度為L5，而以螺紋軸3的受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2上擰緊螺栓后的軸線方向的長度為L6，則將螺栓保持工具7的孔部9的長度L7與螺栓孔14的長度L5之間的關(guān)系設(shè)定為L7＜L5，以便使得L5＞L6的關(guān)系成立。
圖5中所示的鋼制螺栓1，是使用了圖3、4中所示的提高耐松弛性的方法的螺栓，其尺寸為螺紋的公稱尺寸是M9；節(jié)距為0.75；公稱長度L為50mm；外螺紋部分2的長度s為37mm。此外，鋼制螺栓1是用鋼琴絲類的線材制成的，其成分中的重量比C為0.83％；Si為0.22％；Mn為0.75％；P≤0.025％；S為0.025％；Cu為0.20％；Cr為0.15％，其余為Fe。鋼琴絲類的線材由于經(jīng)過了面積縮減率很大的拔絲加工，在結(jié)晶晶格內(nèi)部產(chǎn)生了大量的位錯(cuò)，因此，一般認(rèn)為，用這種鋼制造的螺栓1很容易發(fā)生松弛現(xiàn)象。
在實(shí)施上述方法時(shí)，螺栓保持工具7所使用的材質(zhì)為JIS SCM 435，孔部9的長度L7設(shè)定為30.5mm；另一方面，鋼制螺栓1擰緊時(shí)的擰入長度L2為20mm；而過度擰入長度L8為3mm。還有，在鋼制螺栓1的軸狀部分11上所施加的軸線方向的拉伸應(yīng)力，設(shè)定為使該軸狀部分11上所產(chǎn)生的伸長(應(yīng)變)δ為300μm、500μm和1000μm，上述伸長δ是在把鋼制螺栓1組裝在螺栓保持工具7上的狀態(tài)下，用千分表測定的。在軸狀部分11處于彈性極限時(shí)的上述拉伸應(yīng)力，是伸長300μm時(shí)的應(yīng)力。熱處理時(shí)的加熱溫度T，在以上給出的伸長δ的各例中，選定為在200℃≤T≤350℃的范圍內(nèi)，此外，加熱時(shí)間t設(shè)定為1小時(shí)。
表1中列出了實(shí)施提高耐松弛性的方法后的鋼制螺栓1的例子1～18的伸長δ與熱處理的加熱溫度T。在表1中，還列出了不施加上述拉伸應(yīng)力，即伸長δ為零的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理的例子19～21。這幾個(gè)例子相當(dāng)于進(jìn)行了發(fā)藍(lán)處理。


在圖4(d)中，設(shè)定零件15的螺栓孔14的長度L5為33.5mm，在擰緊鋼制螺栓1的各例子1～21時(shí)，在受到應(yīng)力負(fù)載和加熱的區(qū)域A2中所產(chǎn)生的初始軸向力為63.7kN。
把擰緊后的兩個(gè)零件13、15放置在150℃的環(huán)境下經(jīng)過24小時(shí)，然后測定1～21每一個(gè)例子熱加載后殘余的軸向力，其結(jié)果列于表2。在表2中還列出了各例子1～21的熱處理的加熱溫度。


圖6是根據(jù)表2中的熱處理的加熱溫度T與熱加載后的殘余軸向拉力之間的關(guān)系畫成的曲線圖。從圖6中看得很清楚，按照以上所說的那樣，所承受的軸線方向的拉伸應(yīng)力超過彈性極限的例5～18，與所承受的拉伸應(yīng)力為上述彈性極限的例1～4和未承受上述拉伸應(yīng)力的例19～21相比，上述殘余軸向拉力比較大，由此可以看到這種提高耐松弛性的方法的效果。
此外，關(guān)于例5～10和例12～17，在兩者的熱處理溫度T相同的情況下，則可以看到，所設(shè)定的上述拉伸應(yīng)力大的例12～17的殘余軸向拉力要比例5～10中的大。此外，當(dāng)把熱處理的加熱溫度T設(shè)定為200℃≤T≤300℃時(shí)，例5～17的每一個(gè)例子，都能把耐松弛性提高到比把上述拉伸應(yīng)力設(shè)定在彈性極限內(nèi)的例1～4中的殘余軸向拉力最大的例2還要高?？梢娎硐氲募訜釡囟仁?15℃≤T≤285℃。
圖7是當(dāng)熱處理的加熱溫度T設(shè)定為250℃時(shí)，例2、7、14、20的伸長δ與軸向拉力的降低量以及軸向拉力的降低率之間的關(guān)系的曲線圖。各例中括弧內(nèi)的數(shù)值表示軸向拉力的降低量和軸向拉力的降低率。由圖7可知，例7、14與例2、20相比，軸向拉力的降低量小，而且軸向拉力的降低率也小。
圖8表示與伸長δ設(shè)定為500μm的例6、7、8有關(guān)的初始軸向拉力與熱加載后的殘余軸向拉力之間的關(guān)系，另外，圖9表示與伸長δ設(shè)定為1000μm的例13、14、15有關(guān)的初始軸向拉力與熱加載后的殘余軸向拉力之間的關(guān)系。從這兩個(gè)圖可知，當(dāng)關(guān)于發(fā)動機(jī)的實(shí)用的初始軸向拉力為63.7～73.5kN時(shí)，最適宜的熱處理加熱溫度為250℃，而且，在230℃時(shí)的效果要比270℃時(shí)的效果好。特別是，如圖9所示，可以看到例13、14在初始軸向拉力為63.7～73.5kN時(shí)，具有明顯超過虛線所示的14.9調(diào)質(zhì)螺栓的耐松弛剛性。
如圖10所示，本發(fā)明也適用于這種形狀的鋼制螺栓1，即，在螺紋軸3上，在外螺紋部分2的終端c與螺栓頭4之間的軸部17的直徑，比外螺紋部分2的直徑小的螺栓，或者外螺紋部分2全部都擰入零件13的內(nèi)螺紋孔12中的螺栓。
按照權(quán)利要求1所記載的本發(fā)明，能借助于采用上述那樣比較簡單的手段，大大提高鋼制螺栓的耐松弛性。此外，在提高耐松弛性的處理過程中，由于不使鋼制螺栓在使用過程中擰緊時(shí)的擰入部分螺紋的節(jié)距發(fā)生變化，從而能在使用時(shí)以規(guī)定的扭矩?cái)Q緊鋼制螺栓。
按照權(quán)利要求2所記載的本發(fā)明，能使用特定結(jié)構(gòu)的螺栓保持工具，很容易地實(shí)施提高耐松弛性的方法。
按照權(quán)利要求3所記載的本發(fā)明，能切實(shí)地防止螺紋節(jié)距產(chǎn)生變化的受到應(yīng)力載荷和加熱的區(qū)域進(jìn)入零件的內(nèi)螺紋孔中。
權(quán)利要求
1.提高鋼制螺栓的耐松弛性的方法，其特征在于，先準(zhǔn)備好，在具有用來擰入零件(13)的內(nèi)螺紋孔(12)中的外螺紋部分(2)的螺紋軸(3)的一端，具有螺栓頭(4)的鋼制螺栓(1)；再把上述外螺紋部分(2)擰入螺栓保持工具(7)的帶內(nèi)螺紋的保持孔(10)中，擰入的長度超過使用時(shí)擰緊在上述零件(13)的上述內(nèi)螺紋孔(12)中的擰入長度L2；接著，在上述螺紋軸(3)上，在上述外螺紋部分(2)的擰入終端(a)與上述螺栓頭(4)之間的軸狀部分(11)上，施加超過其軸狀部分(11)的彈性極限的軸向拉伸應(yīng)力，使上述軸狀部分(11)成為受到應(yīng)力載荷的區(qū)域(A1)；然后，對上述受到應(yīng)力載荷的區(qū)域(A1)進(jìn)行設(shè)定的加熱溫度T為200℃≤T≤300℃的熱處理，使上述區(qū)域(A1)成為受到應(yīng)力載荷和加熱的區(qū)域(A2)。
2.如權(quán)利要求1所述的提高鋼制螺栓的耐松弛性的方法，其特征在于，上述螺栓保持工具(7)具有下列各部分在擰緊時(shí)，在上述外螺紋部分(2)擰入上述帶內(nèi)螺紋的保持孔(10)中的長度超過L2的狀態(tài)下，與上述螺栓頭(4)壓接的端面(8)；以及在該端面(8)上開口的，包圍著上述軸狀部分(11)的孔部(9)，上述孔部(9)與上述帶內(nèi)螺紋的保持孔(10)連通，上述拉伸應(yīng)力的負(fù)載通過擰緊上述鋼制螺栓(1)來實(shí)施。
3.如權(quán)利要求2所述的提高鋼制螺栓的耐松弛性的方法，其特征在于，在使用具有上述受到應(yīng)力載荷和加熱的區(qū)域(A2)的上述鋼制螺栓(1)時(shí)，將上述孔部(9)的長度L1、L7與上述螺栓孔(14)的長度L5之間的關(guān)系設(shè)定為L1＜L5，L7＜L5，以使得當(dāng)以零件(15)的螺栓孔(14)的長度為L5，而以螺栓擰緊后，上述螺紋軸(3)上受到應(yīng)力載荷和加熱的區(qū)域(A2)上的軸線方向的長度為L6時(shí)，L5≥L6的關(guān)系成立。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種使用比較簡單的手段提高鋼制螺栓的耐松弛性的方法。按照這種方法，先準(zhǔn)備好，在具有用來擰入零件13的內(nèi)螺紋孔12中的外螺紋部分2的螺紋軸3的一端，具有螺栓頭4的鋼制螺栓1；再把上述外螺紋部分3擰入螺栓保持工具7的帶內(nèi)螺紋的保持孔10中，擰入的長度超過使用時(shí)擰緊在零件13的內(nèi)螺紋孔12中的擰入長度L
文檔編號F16B35/00GK1492157SQ0313483
公開日2004年4月28日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者高島光男, 森誠治, 高田健太郎, 飯?zhí)锷拼? 太郎, 次 申請人:本田技研工業(yè)株式會社