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(dòng)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(dòng)機(jī)中強(qiáng)度要求最高的螺栓之一。在發(fā)動(dòng)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(guò)大會(huì)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(jì)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(jì)軸向力越來(lái)越高。
金屬材料(主要是鋼鐵材料)表面通過(guò)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(yùn)動(dòng)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(wàn)向節(jié)、泵、制冷壓縮機(jī)及武器部件等。
CN 103785992 A公開(kāi)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(shí)在兩端面上打中心孔；B)粗車時(shí)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(dòng)機(jī)缸蓋螺栓在使用過(guò)程中，會(huì)有斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，且該斷裂會(huì)引起嚴(yán)重后果。經(jīng)過(guò)分析表明，引起螺栓脆性斷裂的可能原因有組織過(guò)熱、回火脆性和氫脆、咬合擦傷等機(jī)械損傷。因此，在加工過(guò)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(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種發(fā)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(yùn)行過(guò)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(shuō)明本發(fā)明對(duì)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(dòng)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(zhǎng)期工作溫度可達(dá)500℃；冷變形時(shí)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(dòng)機(jī)的傳動(dòng)件；汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、主軸、重載荷的傳動(dòng)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(guò)對(duì)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(guò)量的氫是造成螺栓氫脆斷裂最基本的原因。對(duì)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(guò)程來(lái)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(guò)嚴(yán)格限制氫含量，來(lái)減少氫脆。
本發(fā)明的工藝通過(guò)特定的熱處理工藝對(duì)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(píng)定，組織級(jí)別為1級(jí)，符合1-3級(jí)的技術(shù)條件規(guī)定，金相檢驗(yàn)顯示表面無(wú)脫碳。用苦味酸酒精溶液侵蝕，晶界未出現(xiàn)染色，說(shuō)明本發(fā)明得到的發(fā)動(dòng)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(yàn)，按GB/T 10561-2005/ISO4967：1998(E)標(biāo)準(zhǔn)A法，使用ISO評(píng)級(jí)圖評(píng)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(yàn)，其抗拉強(qiáng)度為1385MPa，屈服強(qiáng)度1429MPa，斷后伸長(zhǎng)率16.5％。
為檢驗(yàn)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(yàn)，結(jié)果為1389MPa。
本發(fā)明的工藝通過(guò)特定的熱處理及控制氫含量，使得得到的發(fā)動(dòng)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(guò)實(shí)驗(yàn)，選取100件螺栓，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，在裝配本發(fā)明生產(chǎn)工藝得到的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓后，應(yīng)用10000小時(shí)后，未發(fā)現(xiàn)任何裂痕。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種發(fā)動(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī)缸蓋螺栓材料為SCM435鋼。
對(duì)所述螺栓進(jìn)行檢測(cè)，其顯微組織為回火馬氏體，按照J(rèn)B/T 8837-2000評(píng)定，組織級(jí)別為1級(jí)，符合1-3級(jí)的技術(shù)條件規(guī)定，金相檢驗(yàn)顯示表面無(wú)脫碳。用苦味酸酒精溶液侵蝕，晶界未出現(xiàn)染色，說(shuō)明得到的發(fā)動(dòng)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(yàn)，按GB/T 10561-2005/ISO4967：1998(E)標(biāo)準(zhǔn)A法，使用ISO評(píng)級(jí)圖評(píng)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(yàn)，其抗拉強(qiáng)度為1385MPa，屈服強(qiáng)度1429MPa，斷后伸長(zhǎng)率16.5％。
為檢驗(yàn)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(yàn)，結(jié)果為1389MPa。
檢測(cè)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(xiǎn)大幅減少。