CN109312771A - 螺钉和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺钉(10)，螺钉包括杆(20)，该杆具有第一杆区段(12)、第二杆区段(14)和连接第一杆区段(12)与第二杆区段(14)的焊缝(50)，其中，第一杆区段(12)由具有第一碳浓度和第一材料硬度的第一钢构成以及第二杆区段(14)由具有第二碳浓度和第二材料硬度的第二钢构成，其中，第二碳浓度高于第一碳浓度，并且其中，焊缝(50)比第一杆区段(12)具有更大的材料硬度，其特征在于，从焊缝(50)的内部核心(52)至焊缝(50)的表面(54)，焊缝(50)的材料硬度减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺钉以及一种用于制造螺钉的方法。
背景技术
根据应用领域，对螺钉的要求是多种多样的。如果螺钉应使用在受腐蚀的环境中，通常使用含碳量少的不锈钢作为材料。如果螺钉应具有高的材料硬度，尤其在其螺纹的区域中或其可能构造成钻头的尖端的区域中应具有高的材料硬度，则通常使用富含碳的钢作为材料，这种钢例如借助加热被硬化。为了实现在螺钉的部分区域中具有抗腐蚀性并且在螺钉的另一部分区域中具有高的材料硬度，已知在形成焊缝的情况下将第一杆区段和第二杆区段彼此焊接。对此，两个杆区段由具有不同碳浓度的钢构成。使用已知的焊接方法，例如电阻焊、压焊或射线焊接。对此，由于在焊接过程期间两个接合副以熔体混合，形成具有高材料硬度的焊缝。
之后，在由此形成的杆的表面上制造螺纹，这通常借助滚压工具或其他的成型工具。此外通常通过加热使富含碳的杆区段硬化。为了将成型工具的磨损保持得很低，通常在成型螺纹之后发生硬化。此外已知的是，螺钉在成型螺纹之前经受热退火，以便尽可能地降低焊缝的硬度以及受焊接热影响并因此可能同样硬化的紧接焊缝的杆区域的硬度。
发明内容
本发明的目的是提供一种经改进的螺钉以及一种用于制造螺钉的经改进的方法。
在具有杆的螺钉中，其中，杆具有第一杆区段、第二杆区段和连接第一杆区段与第二杆区段的焊缝，其中，第一杆区段由具有第一碳浓度和第一材料硬度的第一钢构成，第二杆区段由具有第二碳浓度和第二材料硬度的第二钢构成，其中，第二碳浓度高于第一碳浓度，并且其中，焊缝比第一杆区段具有更大的材料硬度，该目的通过以下方式实现，从焊缝的内部核心(Kern)至焊缝的表面，焊缝的材料硬度减小。由此，使杆的材料仅在其表面上变形的滚压工具或其他成型工具仅经受很小的磨损。
在本发明中材料硬度理解为在测试力为0.3kp时的维氏硬度(HV)(作为HV0.3给出)。
一个有利的实施方式的特征在于，从焊缝的内部核心直至焊缝的表面，焊缝的材料硬度连续减小。一个可替代的实施方式的特征在于，从焊缝的内部核心至焊缝的表面，焊缝的材料硬度突变地减小。
一个有利的实施方式的特征在于，杆具有椭圆形的横截面。优选地，杆具有圆形的横截面。
一个有利的实施方式的特征在于，杆在焊缝处具有螺纹。优选地，螺纹是自切螺纹或自攻螺纹。优选地，螺纹延伸直至第一杆区段和/或第二杆区段上。
一个有利的实施方式的特征在于，第一杆区段包括螺钉驱动部和/或螺钉头。另一有利的实施方式的特征在于，第二杆区段包括螺钉尖端、尤其钻头。
在用于制造螺钉的方法中，其中，在形成焊缝的情况下使第一杆区段与第二杆区段彼此焊接，其中，第一杆区段由具有第一碳浓度的第一钢构成，第二杆区段由具有第二碳浓度的第二钢构成，其中，第二碳浓度高于第一碳浓度，该目的通过以下方式实现，焊缝具有从焊缝的内部核心至焊缝的表面减小的碳浓度。由于降低了在焊缝的表面上的碳浓度而确保，在焊接过程期间焊缝在表面上的材料硬度保持得较小，从而使杆的材料仅在其表面上变形的滚压工具或其他成型工具仅经受很小的磨损。
该方法的一个有利的实施方式的特征是，从焊缝的内部核心直至焊缝的表面，焊缝的碳浓度持续减小。一个可替代的实施方式的特征在于，从焊缝的内部核心至焊缝的表面，焊缝的碳浓度突变地减小。
一个有利的实施方式的特征在于，焊缝经受退火。
一个有利的实施方式的特征在于，使第二杆区段硬化。
一个有利的实施方式的特征在于，在焊缝处制造尤其自切式或自攻式螺纹。优选地，螺纹延伸直至第一杆区段和/或第二杆区段上。
一个有利的实施方式的特征在于，第一杆区段设有螺钉驱动部和/或螺钉头。另一有利的实施方式的特征在于，第二杆区段设有尖端、尤其钻头。
附图说明
下面参考附图详细阐述本发明。其中：
图1示出了具有焊缝的螺钉；以及
图2示出了沿着图1中的螺钉的焊缝的横截面的材料硬度曲线。
具体实施方式
在图1中示出了具有杆20、螺钉头30和螺钉尖端40的螺钉10。螺钉尖端40构造成钻头，因此螺钉10是自攻螺钉。在未示出的实施例中，螺钉尖端构造成经滚压的和/或成型的螺纹牙顶，或螺钉具有不锋利的或平的端部。螺钉头30包括构造成外六角形的螺钉驱动部35。在未示出的实施例中，螺钉驱动部构造成缝隙、十字缝隙、内多边形或外多边形、多内圆边形或多外圆边形(Innen-oder Aussenmehrund)、内多齿形或外多齿形等。杆20具有圆形的横截面并且具有螺纹25，螺纹构造成自攻螺纹。在未示出的实施例中，螺纹构造成自切螺纹或ISO螺纹等。
为了制造螺钉10，将第一杆区段12和第二杆区段14彼此焊接，在此形成焊缝50。第一杆区段12由具有第一碳浓度的第一钢构成、优选由具有相对低的碳浓度的不锈钢构成。第二杆区段14由具有第二碳浓度的第二钢构成、优选由具有相对高的碳浓度的可硬化的钢构成，从而第二碳浓度高于第一碳浓度。
在焊接期间，第一杆区段12和第二杆区段14在其彼此指向的端侧上是热的，使得材料为液体。第一杆区段12的被液化的材料与第二杆区段14的被液化的材料混合。在接下来冷却时，混合的材料固化并且形成焊缝50。通过混合和/或通过第二杆区段14的碳扩散到焊缝50中，相对于第一杆区段12提高了在焊缝之内的碳浓度。
对此，焊缝具有从焊缝50的内部核心到焊缝50的表面减小的碳浓度。优选地，在表面上的碳浓度没有明显高于在第一杆区段中的浓度。在焊接过程期间，焊缝在表面上的材料硬度很低，从而使得杆20的材料仅在其表面上变形的滚压工具或其他成型工具仅经受很小的磨损。为了降低材料硬度而对焊缝进行的热退火可能不是必须的。尽管如此，根据若干实施例对螺钉进行热退火，尤其在焊接过程之后以及在制造螺纹之前进行热退火(anlassen)。
从焊缝50的内部核心到焊缝50的表面的碳浓度下降优选通过以下方式实现，即，第二杆区段14在焊接过程之前在其内部核心的区域中就具有比在其表面的区域中更多的碳。在优选的实施例中，在焊接过程之前或期间将由含碳量少的钢构成的环安装在第二杆区段14的指向第一杆区段12的端侧上，含碳量少的钢的碳浓度尤其没有明显高于第一杆区段12的碳浓度。对此，在环中央优选有环芯，环芯由富含碳的钢构成，其碳浓度尤其基本与第二杆区段14的碳浓度一样。
在图2中示出了螺钉10沿着焊缝50、即从焊缝50的内部核心52直至焊缝50的表面54的横截面的材料硬度的曲线图。由于尤其在焊接过程期间的加热和随后的快速冷却使得焊缝50的钢硬化，其中，碳浓度越高，得到的材料硬度越大。这使得焊缝50的材料硬度如图2所见同样从焊缝50的内部核心52至焊缝50的表面54减小。在内部核心52中，焊缝50的材料硬度优选至少为500HV0.3、尤其优选最高为750HV0.3。焊缝50的材料硬度在表面54上优选最高为350HV0.3、尤其优选最高为250HV0.3。
在该实施例中，焊缝50的碳浓度以及材料硬度从焊缝50的内部核心52直至焊缝50的表面54连续地降低。在未示出的实施例中，焊缝的碳浓度以及材料硬度从焊缝的内部核心直至焊缝的表面在一个或多个位置上沿着焊缝的横截面突变地减小。
在焊接过程之后，将螺纹25成型、尤其滚压到焊缝50的表面中，优选第一杆区段12和第二杆区段14的表面中。由于焊缝50的表面的材料硬度较小，成型工具或滚压工具仅承受很小的磨损。
在制造螺纹25之后，使第二杆区段14整个地或部分地硬化、优选热硬化。由此使得螺钉尖端40和/或还有螺纹25设有对于钻孔或成型配合螺纹足够的材料硬度。
Claims (15)
1.一种螺钉，包括杆，所述杆具有第一杆区段、第二杆区段和连接所述第一杆区段与所述第二杆区段的焊缝，其中，所述第一杆区段由具有第一碳浓度和第一材料硬度的第一钢构成以及所述第二杆区段由具有第二碳浓度和第二材料硬度的第二钢构成，其中，所述第二碳浓度高于所述第一碳浓度，并且所述焊缝比所述第一杆区段具有更大的材料硬度，其特征在于，从所述焊缝的内部核心至所述焊缝的表面，所述焊缝的材料硬度减小。
2.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，从所述焊缝的内部核心至所述焊缝的表面，所述焊缝的材料硬度持续减小。
3.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，从所述焊缝的内部核心至所述焊缝的表面，所述焊缝的材料硬度突变地减小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述杆具有椭圆的、尤其圆形的横截面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述杆在所述焊缝处具有，尤其自切式或自攻式，螺纹。
6.根据权利要求5所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹延伸直至所述第一杆区段和/或所述第二杆区段上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述第一杆区段包括螺钉驱动部和/或螺钉头。
8.根据前述权利要求中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述第二杆区段包括螺钉尖端、尤其钻头。
9.一种用于制造螺钉的方法，在所述方法中，在形成焊缝的同时使第一杆区段与第二杆区段彼此焊接，其中，所述第一杆区段由具有第一碳浓度的第一钢构成，以及所述第二杆区段由具有第二碳浓度的第二钢构成，其中，所述第二碳浓度高于所述第一碳浓度，其特征在于，所述焊缝具有从所述焊缝的内部核心至所述焊缝的表面减小的碳浓度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，从所述焊缝的内部核心至所述焊缝的表面，所述焊缝的碳浓度持续减小。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，从所述焊缝的内部核心至所述焊缝的表面，所述焊缝的碳浓度突变地减小。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述焊缝经受退火。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，使所述第二杆区段硬化。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，在所述焊缝处制造，尤其自切式或自攻式的，螺纹。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述螺纹延伸直至所述第一杆区段和/或所述第二杆区段上。
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Application publication date: 20190205 |