CN101501350A - 高性能自攻锁紧螺钉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自攻锁紧螺钉和形成所述自攻锁紧螺钉的方法。一种自攻锁紧螺钉(10)的最小表面硬度为HRC56。螺钉(10)可在表面硬度超过HRC23的工件中形成螺纹。一种表面硬化螺钉(10)的方法包括是螺钉(10)增碳到碳含量至少0.48％，然后使所述螺钉(10)淬火。然后，使所述螺钉(10)回火，使得表面硬度超过核心硬度不多于3个洛氏硬度值，并且表面和核心硬度都为洛氏硬度C33～39。随后，尖端(16)被感应淬火，并且该螺钉再次淬火。该螺钉(10)再次回火，使得导程螺纹(18)和最初3～4圈完整螺纹(22，24)最小硬度为洛氏硬度C56，优选地深度(26)至少0.02cm(0.008英寸)，并且所述紧固件(10)的核心硬度为洛氏硬度C33～39。最后，进行精加工。

Description

高性能自攻锁紧螺钉

技术领域

本发明总体上涉及一种自攻锁紧螺钉以及形成所述自攻锁紧螺钉的方法，更具体地，涉及一种紧固件，例如自攻锁紧螺钉，其至少一部分具有HRC56(洛氏硬度C级)的最小表面硬度，并涉及一种形成这种自攻锁紧螺钉的方法。

背景技术

现在，本行业中提出自攻锁紧螺钉可以在洛氏硬度为C23及以下的工件中冷挤压形成螺纹。同样，现在的自攻锁紧螺钉的硬度足以在这种工件中形成螺纹。然而，还有一些应用中希望自攻锁紧螺钉可以在硬度超过HRC23的工件中形成螺纹。例如，在形成高强度低合金(HSLA)材料后，例如通过在材料中冲孔，孔附近的硬度可达到并超过洛氏硬度C40。

传统的自攻锁紧螺钉的硬度不足以在硬度超过洛氏硬度C23的工件中通过冷挤压成功地形成螺纹。例如，一些可购买到的自攻锁紧螺钉处理为使得尖端和最初三到四圈完整螺纹的最小硬度为洛氏硬度C45，并且紧固件的核心硬度为洛氏硬度C33到39。诸如这种螺钉的自攻锁紧螺钉的硬度不足以在硬度超过HRC23的材料中连续地冷挤压形成螺纹。当将这种自攻锁紧螺钉推进到硬度为HRC40或以上的HSLA材料(或任何其它材料)中时，螺纹出现塌陷。螺纹的这种塌陷或变形使得联接失效。当在诸如钢的材料中形成螺纹时，需要使得紧固件具有与紧固件将要旋入的材料相比高得多的硬度，以正确地形成螺纹而不会塌陷。

因为现有的自攻锁紧螺钉不足以在硬度超过HRC23的工件中冷挤压形成螺纹，在此情况下，需要提供配合螺纹，例如通过在工件中提供螺纹联接(需要钻孔和攻丝操作)，或者通过提供焊接螺母、松动螺母、焊接凸起、螺纹嵌入件，或者通过提供类似零件或者使用用于提供配合螺纹的类似方法。这些结构/方法需要额外的操作、硬件和时间，导致工序成本更高、更耗时。

因而，市场上需要可以在硬度超过洛氏硬度C23(例如HSLA材料或任何其它材料)的工件中形成螺纹的紧固件。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种自攻锁紧螺钉，其至少一部分的表面硬度高到足以使得该自攻锁紧螺钉能够在硬度超过HRC23的工件中冷挤压形成螺纹。

本发明的实施例的另一目的是提供一种自攻锁紧螺钉，其至少一部分的表面硬度最小为HRC56。

本发明的实施例的还一目的是提供一种自攻锁紧螺钉，其至少一部分螺纹的最小表面硬度为HRC56，至少深度为0.02cm(0.008英寸)。

简单地说，根据前述目的中的至少一个，本发明的实施例提供一种自攻锁紧螺钉，其具有头部和从该头部延伸的带螺纹的杆部。该杆部的至少一部分螺纹经过表面硬化，优选地最小表面硬度为HRC56，使得该自攻锁紧螺钉随后可用于在表面硬度超过HRC23的工件中冷挤压形成螺纹。

本发明的另一方面提供一种形成这种自攻锁紧螺钉的方法。该方法包括执行热处理工艺，从而使该螺钉增碳到含碳量至少0.48％，并例如在油中淬火。然后，该螺钉回火以降低脆性并允许具有更易延展的核心。优选地，回火被控制为使得表面硬度不超过核心硬度3个洛氏硬度值。优选地，在回火后，该紧固件的表面和核心硬度都为洛氏硬度C33到39。随后，例如导程螺纹和该螺钉的三到四圈完整螺纹的尖端被感应硬化，并且该螺钉例如在水中或在合成淬火剂中淬火。然后，该螺钉再次回火以降低脆性。优选地，该回火步骤被控制为例如使得导程螺纹和最初三到四圈完整螺纹最小硬度为洛氏硬度C56，优选地深度至少为0.02cm(0.008英寸)，并且该紧固件的核心硬度为洛氏硬度C33到39。最后，优选地，对该紧固件精加工。

附图说明

本发明的结构和操作的组织和方式及其其它目的和优点可通过结合附图、参照下面的说明更好地理解，其中相似的附图标记代表相似的元件，其中：

图1是根据本发明实施例的可以表面硬化的一种螺钉的侧视图；

图2是图1中示出的螺钉的部分横截面图；和

图3是说明制造经表面硬化的自攻锁紧螺钉的方法的流程图，其中该方法根据本发明的实施例。

具体实施方式

尽管本发明可用于各种形式的实施例，这里在图中示出并且详细地描述了一种实施例，应该理解本说明书是本发明的原理的示例，而不是将本发明限制在这里所说明和描述的范围。

本发明的一个方面涉及一种紧固件，例如自攻锁紧螺钉，其至少一部分的表面硬度为HRC56。另一方面涉及表面硬化紧固件(例如自攻锁紧螺钉)的方法，使得其至少一部分的表面硬度为HRC56。尽管本方法可用于许多螺钉，美国专利No.，3935，785公开了一种螺钉，根据本发明的实施例的方法可用于该螺钉，并且在此通过引用引入该专利的全文。

正如本申请的图1和上述专利中所示，螺钉10包括头部12和从头部12延伸的带螺纹的杆部14。靠近螺钉10的与头部12相对的端部16处，具有多个导程螺纹18，该导程螺纹朝向螺钉10的尖端16有点呈锥形。在导程螺纹18和头部12之间是多个完整螺纹20，其中，附图标记22表示第一圈完整螺纹，附图标记24表示第四圈完整螺纹。有关该具体螺钉的形状和功能的更多细节可在上述专利中找到。然而，本发明的优选特定实施例的实例如图2所示，其中导程螺纹18以及最初三或四圈完整螺纹表面硬化到洛氏硬度至少HRC56，深度(即图2中所标出的尺寸26)至少为0.02cm(0.008英寸)。优选地，螺钉10的核心硬度为洛氏硬度C33到39，使得螺钉10核心具有相对易延展的核心。如图2所示，附图标记28所表示的部分具有最小洛氏硬度C56的最小感应硬化区域，同时附图标记30所表示的部分具有最小洛氏硬度C56的最大感应硬化区域。附图标记32表示的部分是硬化、淬火和回火区域，表面硬度偏离核心硬度3个洛氏硬度值以内。

图3示出根据本发明的实施例的方法，该方法可用于形成如图1和2中示出的自攻锁紧螺钉10。该方法提供例如由钢4037钢或类似合金制成的钢丝，并且在冷镦机上牵引该钢丝。该材料可以是合金钢，AISI C4037等级分析，成分为碳0.35～0.40％；锰0.70～0.90％；硫最大0.040％；磷最大0.035％；硅0.20～0.35％和钼0.20～0.30％，本领域技术人员通常称之为细化晶粒球化退火钢。当然，其它材料也可使用，也整体落入本发明的范围。一旦冷镦完成，就在螺钉上形成螺纹。这些步骤是常规并且公知的。

一旦形成螺钉，就执行根据本发明的实施例的热处理过程。在热处理过程中，在质量炉中使用受控方法使螺钉增碳，使得螺钉的碳含量至少为0.48％。增碳允许紧固件的表面硬化到硬于基体材料。具体地，螺钉可放在炉中90分钟，炉温为1600～1700华氏度。炉环境优选地控制为碳势0.6％-0.7％(没有渗氮)。优选地，增碳区域的深度(即图2中的尺寸26)至少为0.02cm(0.008英寸)。优选地，回火后表面硬度(在根据核心要求选定的温度下)不会超过核心硬度多于3个洛氏硬度值(30维氏值)。在选定的炉参数中，1到2个洛氏硬度值(10～20维氏值)的表面硬度增加将是目的。显微硬度计可用于测量增碳区域的硬度和深度，从而帮助设定炉参数。

一旦螺钉经过增碳，螺钉就例如在温度为140～160华氏度的油中进行淬火。淬火后，螺钉例如在温度为850～950华氏度时回火90分钟，以降低脆性并可在紧固件中形成更具有延展性的核心。优选地，该步骤被控制为使得表面硬度不会超过核心硬度多于3个洛氏硬度值。此时，优选地，紧固件的表面和核心硬度为洛氏硬度C33到39。

随后，螺钉的尖端(例如导程螺纹18和最初三到四圈完整螺纹)被感应淬火，其中紧固件的导程螺纹瞬时受到电场的作用从而将螺纹感应加热到硬化温度(约1650～1750华氏度)。该螺钉随后立即淬火，例如喷水或合成淬火剂。

随后，螺钉例如在300华氏度时回火至少1小时，以降低脆性。这个回火步骤以及前面的增碳步骤优选地有效结合以使得导程螺纹和最初三到四圈完整螺纹最小硬度为洛氏硬度C56，优选地深度至少为0.02cm(0.008英寸)，并且紧固件的核心硬度为洛氏硬度C33到39。尽管可使用不同的回火温度和持续时间，但是温度优选地足够低以保持尖端最小硬度为洛氏硬度C56。最后，优选地，对紧固件精加工。

本发明的一个方面提供一种紧固件，其至少一部分的最小表面硬度为HRC56。例如，该紧固件可以是例如美国专利No.3,935,785中所示的自攻锁紧螺钉，其中导程螺纹和最初三或四圈完整螺纹的最小表面硬度为HRC56。这样，该螺钉可用于在硬度超过HRC23的工件中冷挤压螺纹，该工件例如HSLA材料或者硬度为HRC40或以上的任何其它材料。

本发明的另一方面提供一种表面硬化紧固件的至少一部分的方法，该紧固件例如为美国专利No.3,935,785中所示的自攻锁紧螺钉，使得该螺钉的导程螺纹和最初三或四圈完整螺纹的最小表面硬度为HRC56，从而该螺钉可用于在硬度超过HRC23的工件中冷挤压螺纹，该工件例如HSLA材料或者硬度为HRC40或以上的任何其它材料。

本发明的还一方面提供一种副产品，具体地是一种通过使用上述方法制造的紧固件。

尽管已经示出并描述了本发明的多个实施例，应该想象到的是，本领域技术人员可不偏离本发明的精神和范围而设计本发明的多种变形。例如，尽管上面已经描述表面硬度可在导程螺纹和最初三或四圈螺纹中硬化，但是表面硬度可在或多或少的螺纹上硬化，这都在本发明的范围内。此外，尽管前面的说明具体地讨论了HSLA材料，本发明还是可用于在除了HSLA材料以外的其它材料中形成螺纹。

Claims (19)

1、一种自攻锁紧螺钉，其配置为在表面硬度超过洛氏硬度C23的工件中冷挤压形成螺纹，所述自攻锁紧螺钉的特征在于，其具有头部和从该头部延伸的带螺纹的杆部，其中，所述杆部的至少一部分螺纹的表面硬度至少为洛氏硬度C56，从而允许该自攻锁紧螺钉用于在表面硬度超过洛氏硬度C23的工件中冷挤压形成螺纹。

2、如权利要求1所述的自攻锁紧螺钉，其特征在于，所述带螺纹的杆部在靠近该螺钉的与所述头部相对的端部处包括导程螺纹。

3、如权利要求2所述的自攻锁紧螺钉，其特征在于，所述导程螺纹朝向所述螺钉的端部呈锥形。

4、如权利要求2所述的自攻锁紧螺钉，其特征还在于，所述带螺纹的杆部上的多个完整螺纹设置在所述导程螺纹和所述螺钉的头部之间。

5、如权利要求4所述的自攻锁紧螺钉，其特征在于，所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹的表面硬度至少为洛氏硬度C56，深度至少为0.02cm(0.008英寸)。

6、如权利要求5所述的自攻锁紧螺钉，其特征在于，所述螺钉的核心硬度位于洛氏硬度C33到39的范围内。

7、如权利要求6所述的自攻锁紧螺钉，其特征在于，靠近所述螺钉的端部的所述螺钉的第一部分具有最小值为洛氏硬度C56的最小感应淬火区域，所述螺钉的第二部分具有最小值为洛氏硬度C56的最大感应淬火区域。

8、如权利要求7所述的自攻锁紧螺钉，其特征在于，所述螺钉的第三部分的表面硬度偏离所述核心硬度3个洛氏硬度值以内。

9、一种形成自攻锁紧螺钉的方法，该自攻锁紧螺钉配置为在表面硬度超过洛氏硬度C23的工件中冷挤压螺纹，所述方法特征在于，提供由钢制成的钢丝；在冷镦机上牵引该钢丝；在该钢丝上形成螺纹以形成螺钉；在所述螺钉上进行热处理操作，使该螺钉增碳，并感应淬火所述螺钉的导程螺纹和至少三圈完整螺纹，使得所述自攻锁紧螺钉具有头部和从所述头部延伸的带螺纹的杆部，并且所述杆部的至少一部分螺纹的表面硬度至少为洛氏硬度C56。

10、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，在使该螺钉增碳之后和感应淬火所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹之前，使得该螺钉淬火和回火。

11、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，在感应淬火所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹之后，使得该螺钉淬火和回火。

12、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，使所述螺钉增碳的步骤包括使该螺钉在炉中停留90分钟，炉温为1600～1700华氏度，并且控制该炉的碳势为0.6～0.7％，其中，该螺钉的增碳区域的深度至少为0.02cm(0.008英寸)。

13、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，在使该螺钉增碳之后和感应淬火所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹之前，使得该螺钉淬火和回火，其中，使得该螺钉淬火的步骤包括使得该螺钉在140～160华氏度的油中淬火。

14、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，在使该螺钉增碳之后和感应淬火所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹之前，使得该螺钉淬火和回火，其中，使得该螺钉回火的步骤包括使得该螺钉在850～950华氏度的温度时回火90分钟，其中，所述螺钉的表面硬度超过该核心硬度不多于3个洛氏硬度值，其中，所述螺钉的表面和核心硬度为洛氏硬度C33到39。

15、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征在于，所述感应淬火所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹的步骤包括该螺钉的导程螺纹瞬时受到电场的作用从而将所述螺纹感应加热到1650～1750华氏度的硬化温度。

16、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，在感应淬火所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹之后，对该螺钉进行淬火和回火，其中，所述回火步骤包括使得所述螺钉在300华氏度时回火至少一小时，从而降低该螺钉的脆性，其中，所述回火步骤和增碳步骤使得所述导程螺纹和至少最初三圈完整螺纹的最小硬度为洛氏硬度C56，深度至少为0.02cm(0.008英寸)，并且所述紧固件的核心硬度为洛氏硬度C33到39。

17、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，在感应淬火所述螺钉的所述导程螺纹和至少三圈完整螺纹之后，使得该螺钉淬火和回火，其中，所述回火步骤和所述增碳步骤使得所述导程螺纹和至少最初三圈完整螺纹的最小硬度为洛氏硬度C56，深度至少为0.02cm(0.008英寸)，并且所述紧固件的核心硬度为洛氏硬度C33到39。

18、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征还在于，所述钢丝包括合金钢，按美国钢铁协会C4037等级分析，成分为碳0.35～0.40％；锰0.70～0.90％；硫最大0.040％；磷最大0.035％；硅0.20～0.35％和钼0.20～0.30％。

19、如权利要求9所述的形成自攻锁紧螺钉的方法，其特征在于，使得所述螺钉增碳的步骤包括使所述螺钉增碳使得所述螺钉的碳含量至少为048％。

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