CN102287434A - 单面紧固件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种包含具有较高的表面硬度和充分的伸长性的套筒的单面紧固件及其热处理方法。对具有中空的套筒的单面紧固件进行热处理的方法包括等温淬火处理。并且，等温淬火处理包括以下工艺：对采用含碳率为0.08～0.13％的低碳钢锻造而成的中空的套筒，在800℃～950℃下维持加热，并进行渗碳处理；然后在320℃～500℃下维持恒温。由此，使含碳率(CP值)达到0.3～0.5％。根据本发明，即使是低碳钢单面紧固件，也可以通过等温淬火处理，使套筒的表面***，并且使表面以外的内部***以适合拉伸。由此，可以得到包含具有较高的表面硬度和充分的伸长性的套筒的单面紧固件。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括盲孔螺母以及盲铆钉的单面紧固件及其热处理方法，尤其涉及能够使单面紧固件的中空套筒的表面***并且能够增加伸长率的单面紧固件的套筒及其热处理方法。
背景技术
盲孔螺母(Blind Nut)、盲铆钉(Blind Rivet)等单面紧固件(Blind Fastener)具备在一端上具有凸缘的中空的套筒。该套筒***到面板和零部件等被紧固部件的安装孔，并使套筒的中间部分朝径向外侧部分地膨胀，通过在该套筒的膨胀部分与套筒的凸缘之间夹持面板和零部件等被紧固部件，套筒牢固地紧固在被紧固部件上。当被紧固部件中，一个是面板，而另一个是零部件时，该零部件通过单面紧固件而固定在面板上。单面紧固件具有以下优点：当被紧固部件具有诸如车身面板那样的大面积时，可以通过单盲法，仅从该被紧固部件的一侧进行紧固作业。对单面紧固件要求的特性包括：为了得到较高的紧固力，需要套筒具有一定的硬度；套筒膨胀时，能够充分拉伸。如果单面紧固件的套筒不具有充分的硬度和充分的伸长性，则不能得到较高的紧固力，并且膨胀变形时，套筒会发生破裂，因此不能适宜地进行紧固。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-286088号公报
专利文献2：日本特开2004-137560号公报
专利文献3：日本特开2004-286217号公报
专利文献4：日本特开平4-362154号公报
发明内容
技术问题
在包括盲孔螺母以及盲铆钉的单面紧固件中，已知有如下的单面紧固件：为了防止相对于被紧固部件进行旋转(同时旋转)，使其嵌入到被紧固部件内，例如专利文献1中记载的那样，套筒的外周面上形成有沿着长度方向延伸的、且沿着圆周方向排列的多个滚花槽。对于具有该带有滚花的套筒的单面紧固件来说，作为一种为了提高嵌入到被紧固部件内的功能的表面硬化处理，进行氮化处理。
在专利文献2中记载有氮化处理的一种例子。现有的氮化处理的原本的目的在于改善耐磨性。经过处理的表面会***，但是对于伸长率来说，不能提高到所需要的程度。因此，现有的氮化处理存在套筒膨胀而变形时发生破裂的隐患。
在专利文献3中记载有以下技术：通过利用热而进行的退火处理和之后的冷锻处理，得到具有柔软的有可塑性的凹入区域的铆螺母(clinch nut)。但是，专利文献3中并没有公开有关于得到具有较高的表面硬度和充分的伸长性的紧固件的内容。
专利文献4中记载有关于将含有0.40～0.65％的碳、0.0005～0.003％的硼的硼钢进行等温淬火(austemper)处理的机械元件的内容。
虽然贝氏体适合用作具有伸长性的组织，但是盲孔螺母、盲铆钉等单面紧固件由含有0.1％左右的碳(C)的低碳钢制成，因此即使进行等温淬火处理，在硬度方面，也达不到充分的程度，达不到希望的表面硬度。
图6为碳钢的热处理恒温转变曲线图(TTT曲线图)。(a)表示等温淬火处理曲线，(b)表示通常的淬火回火处理曲线。(a)的等温淬火处理中，通过等温维持，过冷奥氏体转变成贝氏体。并且，通过(a)与(b)的比较，可以得知，在等温淬火处理中，仅通过在盐浴中进行急速冷却，就能得到与通常的淬火回火处理相同的弹性、韧性，而无需进行回火处理。从而，热处理时间与淬火回火处理相比较短，并且处理工艺简单。
然而，如上所述，低碳钢单面紧固件在等温淬火处理中并不能得到充分的硬度。
鉴于此，本发明的目的在于，提供包含具有较高的表面硬度和充分的伸长性的套筒的单面紧固件及其热处理方法。
技术方案
为了实现所期望的目的，在本发明中，对单面紧固件进行的等温淬火处理中，在维持加热时，进行渗碳处理，由此提高表面的碳浓度，并且通过急速冷却而维持恒温，以使碳浓度较高的表面***，使内部保持具有良好的伸长性的状态。
本发明的一种实施方式提供具有中空的套筒的单面紧固件，所述单面紧固件是对采用低碳钢锻造而成的中空的套筒进行等温淬火处理而制成的。
所述低碳钢的含碳率可以为0.08～0.13％。
所述等温淬火处理可如下进行：在800℃～950℃下维持加热而进行渗碳处理，然后在320℃～500℃下维持恒温。
即使是采用低碳钢锻造而成的单面紧固件，也可以通过等温淬火处理以及渗碳处理，使套筒的表面***，并且使内部***以适合拉伸。
优选地，所述维持加热在860℃～890℃下进行。
优选地，所述维持恒温是通过沉浸在盐中而进行的。
所述单面紧固件为盲孔螺母。该盲孔螺母具有：在一端上具有凸缘的中空的套筒；与该套筒的另一端一体形成的螺母。所述套筒的外周面上形成有沿着该套筒的轴向延伸的、且沿着圆周方向排列的多个滚花槽或者条状突出物。
或者，所述单面紧固件为盲铆钉。该盲铆钉由在一端上具有凸缘的中空的套筒与贯通该套筒而延伸的心轴构成。所述套筒的外周面上形成有沿着该套筒的轴向延伸的、且沿着圆周方向排列的多个滚花槽或者条状突出物。
本发明的另一种实施方式提供对具有中空的套筒的单面紧固件的中空的套筒进行热处理的方法，该热处理方法中进行等温淬火处理，该等温淬火处理包括以下工艺：将对低碳钢进行锻造而成的中空的套筒，在800℃～950℃下维持加热；然后在320℃～500℃下维持恒温。
所述低碳钢的含碳率为0.08～0.13％。
在所述等温淬火处理的所述维持加热的工艺中，进行渗碳处理。
经过所述渗碳处理，所述套筒的含碳率(CP值)达到0.3～0.5％。
优选地，经过所述渗碳处理，所述套筒的所述含碳率(CP值)达到0.4％。
优选地，所述维持加热的工艺在860℃～890℃下进行。
优选地，所述维持恒温的工艺是通过沉浸在盐中而进行的。
在上述的方法中，等温淬火处理以及渗碳处理之前，可以采用低碳钢锻造而制造单面紧固件。此后，可以在维持加热工艺中，通过渗碳处理而增加碳量，因此不需要为了提高单面紧固件的强度而增加材料的碳量，可以由低强度的钢坯形成单面紧固件，从而可以增加用于成型的模具的使用寿命，或者不需要将模具自身的强度提高到现有的高强度水平。
有益效果
根据本发明，即使是低碳钢单面紧固件，也可以通过等温淬火处理，使套筒的表面***，并且使内部***以适合拉伸。
由此，可以得到包含一种具有较高的表面硬度和充分的伸长性的套筒的单面紧固件。据此，单面紧固件难以发生压曲破裂，易于嵌入到母材中。
附图说明
图1为剖开盲孔螺母的局部的主视图。
图2为剖开盲铆钉的局部的主视图。
图3为表示根据本发明实施例的等温淬火处理的热处理曲线的图。
图4为表示盲孔螺母试验样品的硬度测定位置的图。
图5为表示滚花剖面的硬度测定结果和组织照片的图。
图6表示碳钢的TTT曲线，(a)表示等温淬火处理曲线，(b)表示通常的淬火回火处理曲线。
主要符号说明：1为盲孔螺母，2为凸缘，3为套筒，4为螺母，10为盲铆钉，11为凸缘，12为套筒，13为心轴，14为滚花槽，15为心轴头。
具体实施方式
作为本发明所提供的热处理之对象的单面紧固件，包括盲孔螺母、盲铆钉等。在图1中示出盲孔螺母1，在图2中示出盲铆钉10。
在图1中示出的盲孔螺母1是单体产品，包括：在一端(上端)具有凸缘2的中空的套筒3；在套筒3的另一端(下端)一体形成的螺母4。在图1中示出的盲孔螺母1的套筒3的外周面上形成有沿着套筒3的轴向延伸的、且沿着圆周方向排列的多个滚花槽5。当套筒带有滚花槽时，由于因滚花槽而导致整个套筒的强度变小，因此需要进行硬化处理。但是，如果使整个套筒***，则因膨胀时的变形而发生破裂的可能性会随之增加。即使是带有这种滚花槽的套筒，如果使用本发明的热处理方法，则可以在使套筒的表面***的同时，使套筒内部***。从而，可以维持较高的对被紧固部件的紧固强度，同时可以防止因套筒膨胀变形而发生的破裂。套筒3的外周面上，还可以设置条状突出物，以此代替滚花槽5。
图2的盲铆钉10由一端(上端)具有凸缘11的中空的套筒12和贯通套筒12而延伸的心轴(mandrel)13构成。套筒12和心轴13是互相独立的部件。心轴13上形成有直径比其他部分更大的心轴头15，并配置成与套筒12的另一端(图2的下端)相邻。心轴13贯通套筒12而从凸缘11延伸而出。套筒12的外周面上形成有沿着圆周方向排列的、且沿着套筒12的轴向延伸的多个滚花槽14。即使是具有这种带滚花槽套筒的盲铆钉，与盲孔螺母同样地，根据本发明的热处理方法，就可以使套筒的表面***的同时，使套筒内部***。从而，可以维持较高的对被紧固部件的紧固强度，同时可以防止因套筒膨胀变形而发生的破裂。套筒12的外周面上，还可以设置条状突出物，以此代替滚花槽14。
对根据本发明的单面紧固件的套筒的制造方法进行说明。单面紧固件具有套筒。通过对低碳钢毛坯进行锻造而形成套筒。为了使套筒内部维持柔软状态，单面紧固件的毛坯使用含碳率(CP值)为0.08～0.13％的低碳材料的钢材(SWCH：冷镦用碳钢)。
接着，对已成型的套筒进行等温淬火处理。根据本发明提供的等温淬火处理的热处理方法包括以下工艺：首先，至少对套筒加热而维持800℃～950℃的温度，进行渗碳处理；接着，将套筒急速冷却至320℃～500℃，维持恒温。
更加具体而言，将套筒在连续炉内的气体氛围中，在800℃～950℃温度下加热维持1～30分钟。气体使用RX气体(吸热性气体，组成：CO约为20％，H2约为40％，N2约为40％)等。还可以在RX气体中混合丙烷等。或者，可以在间歇式炉中进行渗碳处理，此后进行等温淬火处理。该工艺中，套筒经过渗碳处理，含碳率(CP值)达到0.3％～0.5％。渗碳深度为0.025mm左右。
接着，沉浸在320℃～500℃温度的盐(熔融盐类)中，急速冷却至该温度。并恒温维持1～30分钟。可以认为，此时过冷奥氏体发生恒温转变，变成贝氏体等。此后，从盐中取出套筒，并自然冷却。
通过该热处理，套筒表面即使有滚花槽，也能具有较高的硬度。例如，用维氏硬度(Hv)表示时，硬度变高而接近300。
套筒内部具有即使有滚花槽也能保持柔软性的较低硬度，例如Hv200左右(目标为低至Hv120)的硬度。因此，套筒膨胀变形时，可以拉伸，可以防止破裂。
实施例
申请人在市场上销售带有滚花槽的盲孔螺母。该盲孔螺母采用低碳钢锻造而成(材料：SWCH10)。使用该盲孔螺母，根据等温淬火处理以及渗碳处理而进行热处理。对试验样品1、试验样品2、试验样品3进行的等温淬火处理的加热维持工艺的温度、时间均相同，但改变恒温维持工艺的温度进行热处理，得到试验样品1～3的三个试验样品。对这些试验样品的表面，采用EP-Fe/Zn5/CM(III)三价铬酸盐，进行表面处理。
根据上述的等温淬火处理以及渗碳处理进行的热处理条件如图3所示。对于试验样品1～3，进行加热维持处理，即在RX气体氛围中，在870℃下，加热15分钟，并且进行渗碳处理，使CP值达到0.4％。
此后，急速冷却至恒温维持温度，维持恒温。对于恒温维持工艺来说，试验样品1的恒温维持温度为300℃、恒温维持时间为15分钟，试验样品2的恒温维持温度为350℃、恒温维持时间为15分钟，试验样品3的恒温维持温度为400℃、恒温维持时间为15分钟。在恒温维持工艺之后，自然冷却试验样品1～3。
对于如此经过热处理的盲孔螺母的试验样品1～3测定经过等温淬火处理以及渗碳处理后的硬度。将试验样品1～3的硬度测定位置示出在图4中。将示出在图4的(a)中的盲孔螺母的试验样品沿着B-B线横切而得到示出在(b)中的剖面。将(b)中用C表示的部分的放大图示出在(c)中。滚花剖面的用D表示的位置为滚花的底部，从底部D向内部，以0.01mm间隔测定硬度。内部E为从底部D向内部进入0.25mm的位置。
将试验样品1～3的硬度的测定结果和组织照片示出在图5。并且，硬度测定结果整理在表1中。
表1等温淬火处理后的滚花剖面的硬度
对于表面的滚花底部的硬度来说，恒温维持温度越低，硬度越高。并且，内部的硬度与表面相比，较柔软。在300℃下经过恒温维持的试验样品1的底部D的硬度较硬，而内部E的硬度为222.5，优选Hv200左右的试验样品2、3。
从组织照片可以推断出，试验样品1、2得到的是铁素体、贝氏体混合组织，而试验样品3得到的是完整的贝氏体。
根据本发明的实施方式，通过等温淬火处理，可以使套筒的表面***，使内部柔软，适合拉伸。从而，可以得到具有较高的表面硬度和充分的伸长性的套筒，由此可以得到具有这种套筒的单面紧固件。
Claims (11)
1.一种单面紧固件，具有中空的套筒，其特征在于，所述单面紧固件是对采用低碳钢锻造而成的中空的套筒进行等温淬火处理而制成的。
2.如权利要求1所述的单面紧固件，其特征在于，所述低碳钢的含碳率为0.08～0.13％。
3.如权利要求1所述的单面紧固件，其特征在于，所述等温淬火处理如下进行：在800℃～950℃下维持加热而进行渗碳处理，然后在320℃～500℃下维持恒温。
4.如权利要求1所述的单面紧固件，其特征在于，
所述单面紧固件为盲孔螺母，
该盲孔螺母具有：在一端具有凸缘的中空的套筒；与该套筒的另一端一体形成的螺母，
所述套筒的外周面上形成有沿着该套筒的轴向延伸的、且沿着圆周方向排列的多个滚花槽或者条状突出物。
5.如权利要求1所述的单面紧固件，其特征在于，所述单面紧固件为盲铆钉，
该盲铆钉包括：在一端具有凸缘的中空的套筒；贯通该套筒而延伸的心轴，
所述套筒的外周面上形成有沿着该套筒的轴向延伸的、且沿着圆周方向排列的多个滚花槽或者条状突出物。
6.一种对具有中空的套筒的单面紧固件的所述中空的套筒进行热处理的方法，其特征在于，该热处理方法中进行等温淬火处理，该等温淬火处理包括以下工艺：
对采用低碳钢锻造而成的中空的套筒，在800℃～950℃下维持加热；
然后在320℃～500℃下维持恒温。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述低碳钢的含碳率为0.08～0.13％。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述等温淬火处理的所述维持加热的工艺中，进行渗碳处理。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，经过所述渗碳处理，所述套筒的含碳率达到0.3～0.5％。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，经过所述渗碳处理，所述套筒的所述含碳率达到0.4％。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述维持加热的工艺在860℃～890℃下进行。
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