DE102008041391A1

DE102008041391A1 - Hochfeste Schraube mit Bainitgefüge

Info

Publication number: DE102008041391A1
Application number: DE102008041391A
Authority: DE
Inventors: Hermann Köhler; Gunther Dr. Hartmann; Horst Dieterle
Original assignee: Kamax Werke Rudolf Kellermann GmbH and Co KG
Current assignee: Kamax Werke Rudolf Kellermann GmbH and Co KG
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Eine hochfeste Schraube (2) weist ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge auf, welches sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnesitzt eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 1400 N/mm2.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine hochfeste Schraube, eine Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil, ein Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Schraube sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil, bei denen die Schraube ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge aufweist.
Unter hochfesten Schrauben wurden bisher im Stand der Technik Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8, 10.9 und 12.9 verstanden.
STAND DER TECHNIK
Aus Kübler, Mages "Handbuch der hochfesten Schrauben", 1. Auflage, 1986, Seite 225, Gliederungspunkt 8.3.3 ist das Zwischenstufenvergüten als Vergütungsverfahren für Stähle bekannt. Beim Zwischenstufenvergüten wird das zu vergütende Teil ausgehend von der Härtetemperatur in einem Warmbad bis zum Umwandlungsablauf mit nachfolgender Abkühlung an der Luft oder im Wasser behandelt. Hierdurch erübrigt sich das nachfolgende Anlassen des Teils. Die Temperatur des Warmbads wird so eingestellt, dass weder eine Perlit- noch eine Martensitbildung erfolgt.
Aus der britischen Patentschrift GB 1 492 720 ist eine hochfeste Schraube mit einem durch Zwischenstufenvergüten erzeugtem Bainitgefüge bekannt. Die Schraube weist dabei quer zu ihrer Längsachse mindestens zwei Zonen auf, die koaxial zu der Längsachse angeordnet sind. Die erste Zone bildet die Oberfläche der Schraube und besteht aus Bainit, während die zweite Zone im Kern der Schraube Ferritperlit aufweist. Die Schraube kann einen Kohlenstoffgehalt von 0,15 oder 0,18 Gewichtsprozent aufweisen.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 728 883 A1 ist eine hochfeste Schraube mit einer Festigkeit von 1200 N/mm² oder mehr bekannt. Die Schraube weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,5 oder mehr Gewichtsprozent auf. Der als Ausgangsmaterial dienende Draht wird zur Schraube umgeformt und danach bei einem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C angelassen. Die Schraube kann in einem kleinen Teil ein Bainitgefüge aufweisen.
Aus der SAE-Veröffentlichung 2003-01-1179 "Development of 1600 N/mm² class ultra-high strength bolts" ist eine hochfeste Schraube mit einer Zugfestigkeit von 1600 N/mm² bekannt. Die Schraube wird aus einem hochkohlenstoffhaltigen Stahl, genauer gesagt einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,8 bis 0,85%, hergestellt.
Aus der SAE-Veröffentlichung 2007-01-1003 "New bainitic steels for high strength components for automotive Parts" ist ein Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt und einem Bainitgefüge bekannt. Ein Anwendungsbeispiel ist ein Langschaft-Kugelzapfen (”steering rod”).
Aus einem Vortrag der ArcelorMittal am 19.10.2007 bei der Anmelderin in Homberg/Ohm ist eine hochfeste Schraube mit einem Bainitgefüge bekannt, die ohne eine Vergütungsbehandlung aus einem bainitschen Stahl hergestellt wird.
Aus dem taiwanesischen Patent TW 553 786 ist eine Schraube mit einer Festigkeitsklasse 14.99 bekannt. Eine solche Schraube ist weiterhin aus der TW 1 253 656 bekannt.
Ein Verfahren zur Reduzierung von Toleranzen der Vorspannkräfte an der Streckgrenze bei einer Schraube ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 103 26 898 A1 bekannt. Die Schraube kann thermisch vergütet sein. Die Schraube wird auf eine definierte Reck-Vorspannkraft oberhalb einer Steckgrenze plastifiziert, wobei das Recken mit einer Zugkraft erfolgt, die aus einem aus Zug- und Torsionsspannung zusammengesetzten Spannungszustand resultiert. Zur Realisierung der definierten Zugkraft wird die Vorspannkraft in einer Reckvorrichtung exakt gemessen und die Längenänderung jeder einzelnen Schraube kontrolliert, um sicherzustellen, dass in jedem Fall eine plastische Verformung beim Vorrecken stattgefunden hat.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochfeste Schraube, eine Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil, ein Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Schraube sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil bereitzustellen, bei denen die Schraube eine besonders hohe Zugfestigkeit bei einer sehr guten Duktilität besitzt.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1, 10, 11 bzw. 12 gelöst.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine hochfeste Schraube, die ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge aufweist, welches sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube erstreckt, wobei die Schraube eine Zugfestigkeit R_m von mindestens 1400 N/mm² besitzt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schraubverbindung mit einer oberhalb beschriebenen hochfesten Schraube und einem Bauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen der Schraubverbindung. Das Verfahren weist dabei die Schritte des ersten Anziehens der Schraubverbindung bis über die die Streckgrenze R_eS1 hinaus, woraus eine erhöhte Streckgrenze R_eS2 der Schraube resultiert, und des zweiten Anziehens der Schraubverbindung mindestens bis zur erhöhten Streckgrenze R_eS2 zur Herstellung der Schraubverbindung auf.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer oberhalb beschriebenen hochfesten Schraube.
Die erfindungsgemäße hochfeste Schraube weist aufgrund des durch Zwischenstufenvergüten erzeugten Bainitgefüges eine sehr hohe Bruchfestigkeit bei einer sehr hohen Duktilität auf. Diese hohe Duktilität oder Zähigkeit unterscheidet das Bainitgefüge wesentlich von einem Martensitgefüge, welches im Stand der Technik in bekannter Weise durch Härten mit anschließendem Anlassen erzeugt wird. Bei dem Zwischenstufenvergüten erfolgt die Härtung stattdessen durch ein schnelles Abkühlen aus der Austenitphase durch eine isothermische Gefügeumwandlung in der Bainitstufe. Dabei verweilt das Teil, insbesondere die Schraube, bei einer isothermen Temperatur im Salzbad, bis die Gefügeumwandlung vom Austenit zum Bainit über den gesamten Querschnitt abgeschlossen ist. Der bei der martensitischen Härtung erforderliche Anlassvorgang entfällt. Damit wird auch die Neigung zum Härteverzug verringert.
Mit dem Bainitisieren entfällt die direkte Gefügeumwandlung zu Martensit und damit die schroffe Gitterumwandlung mit hohen Gitterspannungen. Dies bedeutet, dass sich die Teile mit Bainitgefüge durch extrem hohe Festigkeitswerte in Verbindung mit maximalen Zähigkeitskennwerten auszeichnen.
Als Ausgangsmaterial für die Schraube mit Bainitgefüge eignen sich insbesondere legierte Stähle mit sehr guter Härtbarkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit. Die aus der Literatur für das Bainitisieren bevorzugten Stähle weisen demgegenüber einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt auf und sind nur begrenzt umformbar. Für die erfindungsgemäßen Schrauben werden Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5%, insbesondere von etwa 0,3% bis 0,4% bevorzugt. Ein bevorzugtes konkretes Ausgangsmaterial ist ein legierter Edelstahl, insbesondere 34CrNiMo6 (Werkstoff-Nr. 1.6582). Dieser weist eine sehr gute Kaltumformbarkeit auf. Die besondere Eignung des Werkstoffs ergibt sich aus dem Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm (”ZTU-Diagramm”). Besonders Werkstoffe mit einer kleinen oberen kritischen Abkühlgeschwindigkeit bzw. solche Werkstoffe, die im ZTU-Diagramm durch eine Lage der Bainit-Umwandlungslinie (”Bainit-Umwandlungsnase”) bei großen Zeiten charakterisiert sind, eignen sich für das erfindungsgemäße bainitische Vergütungsverfahren. Hierdurch lässt sich die extrem hohe Zugfestigkeit R_m von mindestens 1400 N/mm² bei sehr guter Duktilität erreichen. Die Bruchdehnung A liegt dabei bei einer Festigkeit von etwa 1600 N/mm² bei zwischen etwa 10 bis 18%, bevorzugt zwischen etwa 12 bis 14%. Die entsprechende Bruchdehnung liegt bei Schrauben der Festigkeitsklasse 12.9 des Stands der Technik bei nur etwa 8%. Die Brucheinschnürung Z liegt bei den erfindungsgemäßen Schrauben bei einer Festigkeit von etwa 1600 N/mm² bei etwa 50% oder mehr.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass bei dem neuen Vergütungsverfahren keine besonderen Anforderungen hinsichtlich des Gefüge- oder Wärmebehandlungszustands des Ausgangsmaterials bestehen, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Zur Verbesserung der Werkzeugstanzzeiten bei der Kaltumformung kann es sinnvoll sein, das Ausgangsmaterial der Schraube – d. h. den Draht – z. B. durch Glühen vorzubehandeln.
Ein Beispiel für eine konkrete Anwendung der hochfesten Schraube ist eine Pleuelschraube eines Kraftfahrzeugs.
Die erfindungsgemäßen Schrauben weisen insbesondere ein Streckgrenzverhältnis von weniger als 90%, insbesondere 85% und bevorzugt 80% auf. Unter dem Streckgrenzverhältnis wird das Verhältnis der Streckgrenze bzw. der 0,2%-Dehngrenze zur Bruchfestigkeit verstanden. Schrauben des Stands der Technik weisen üblicherweise ein Streckgrenzverhältnis von 90% auf. Schrauben hoher Festigkeitsklassen werden zur optimalen Ausnutzung bis über die Streckgrenze hinaus angezogen, wobei die Schraube elastisch-plastisch verformt wird. Das Maß der zulässigen plastischen Verformung wird durch die Duktilität der Schraube bestimmt. Bei erfindungsgemäßen Schrauben kann aufgrund des reduzierten Streckgrenzverhältnisses eine größere plastische Verformung beim Anziehen der Schraubverbindung ohne Zerstörung der Schraube erreicht werden, als dies im Stand der Technik der Fall ist. Besonders bevorzugte neue Festigkeitsklassen der erfindungsgemäßen Schraube sind somit 14.8, 15.8, 16.8 und 17.8.
Bei der neuen extrem hochfesten Schraube mit einer Festigkeitsklasse von mehr als 12.9 kommt mit Blick auf die Gefahr der Wasserstoffversprödung eine Beizbehandlung oder Phosphatierung nicht in Frage. Solche Verfahren werden üblicherweise im Stand der Technik zur Erzielung gleichmäßiger Reibungszahlen zur Beschichtung der Schraube durchgeführt. Beim Phosphatieren wird in einem nasschemischen Prozess eine kristalline Schicht, z. B. aus Zinkphosphat, auf die Schraube aufgebracht, die entweder direkt die gewünschten Reibungszahlen einstellt oder aber als Trägerschicht für weitergehende Oberflächenbehandlungen dient. Ein Nachteil des Phosphatierens liegt in der Verwendung von sauren Chemikalien während des Prozesses. Hierdurch besteht die Gefahr der Wasserstoffeinbringung in den Schraubenwerkstoff mit dem nachfolgenden Risiko der Wasserstoffversprödung und/oder des Entstehens von Beizporen, die die Dauerfestigkeit der Schraube negativ beeinflussen. Dieses Risiko steigt mit der Festigkeit an. Zudem ergeben sich bei dem erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Werkstoff aufgrund seines hohen Anteils an Legierungselementen Probleme mit der Haftung der Phosphatschicht auf dem Grundmaterial.
Bei den erfindungsgemäßen Schrauben werden daher andere Beschichtungs- bzw. Schmiermittel eingesetzt. Vorzugsweise werden Gleitlacke eingesetzt, die die oberhalb beschriebenen Nachteile nicht besitzen. Bei der Auswahl geeigneter Gleitlacke ist die Haftung des Gleitlacks auf metallisch blanken Oberflächen von entscheidender Bedeutung. Es hat sich gezeigt, dass Gleitlacke mit einem Polymerschmiermittel besonders geeignet sind, da sie insbesondere auch gleichmäßige Reibungzahlen bei Mehrfachanzug erlauben. Besonders vorteilhaft und umweltschonend sind wasserlösliche Gleitlacke. Als Schmierstoffe können weiterhin MoS, MoS₂, Graphit, Polyethylen oder ein andere Polymere verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Schraube weist überwiegend ein bainitisches Gefüge auf, welches durch Bainitisieren hergestellt wurde. Bainitisieren wird auch als Zwischenstufenvergüten bezeichnet. Unter dem ”überwiegenden” Vorliegen des Bainitgefüges bzw. des sich ”im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt” der Schraube erstreckenden Bainitgefüges ist zunächst zu verstehen, dass nicht lediglich definierte Schichten (d. h. nur Teile) des Querschnitts der Schraube dieses Bainitgefüge aufweisen. Es ist jedoch nicht darunter zu verstehen, dass geringe Teile eines anderen Gefüges – z. B. Martensit oder Restaustenit – die Verwirklichung des Merkmals des sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube erstreckenden Bainitgefüges verlassen. Das Bainitgefüge kann sowohl aus Gefügeanteilen des oberen als auch des unteren Bainits oder auch des körnigen Bainits bestehen. Zusätzlich können geringe Anteile von Martensit gezielt eingestellt werden, d. h. Anteile von weniger als 15%, Anteile von etwa 10% oder weniger, insbesondere Anteile zwischen 8% und 11%, bevorzugt Anteile zwischen etwa 3% bis 5%. Diese Anteile beziehen sich auf die Flächenanteile des Martensits in einer durchschnittlichen Querschnittsfläche der Schraube. Durch den Martensitanteil wird die Bruchfestigkeit erhöht, wobei der Bainitanteil hoch genug bleibt, um die gewünschte hohe Duktilität zu erreichen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer zuvor beschriebenen hochfesten Schraube und einem Bauteil erfolgt das Anziehen der Schraubverbindung in zwei aufeinander folgenden Schritten, nämlich einem ersten Anziehen der Schraubverbindung und einem zweiten Anziehen der Schraubverbindung. Beim ersten Anziehen der Schraubverbindung befindet sich die Schraube bereits an bzw. in dem Bauteil, welches mittels der Schraubverbindung verbunden werden soll. Es findet also keine zusätzliche Mess- oder Prüfeinrichtung Anwendung. Bei dem ersten Anziehen der Schraubverbindung handelt es sich um den sogenannten ”Trainieranzug”. Bei diesem Trainieranzug wird die Schraube bzw. die Schraubverbindung bis über die Streckgrenze R_eS1 hinaus angezogen. Aufgrund der daraufhin eintretenden Kaltverfestigung resultiert eine erhöhte Streckgrenze Rest sowie eine erhöhte Bruchfestigkeit der Schraube.
Dabei kann die im Vergleich zu einer konventionell vergüteten Schraube deutlich größere Gleichmaßdehnung vorteilhaft genutzt werden, da die Schraube über die Streckgrenze hinaus deutlich weiter gedehnt werden kann, ohne dass die Schraube im Querschnitt einschnürt. Sowohl die absoluten Werte wie auch die Toleranzen der Anzugsparameter insbesondere des Drehwinkels bei einem Winkelanzug oder einem kombinierten Drehmoment/Winkelanzug können dadurch deutlich größer gewählt werden.
Aus dem Trainieranzug resultiert eine deutlichere scharfkantigere Ausprägung des Übergangs von einer elastischen zu einer elastisch-plastischen Verformung. Da sich das Erreichen der Streckgrenze in der Praxis erst mit leichter Verzögerung zeigt, bietet sich insbesondere die Bezugnahme auf die 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 an. Dies bedeutet, dass das erste Anziehen der Schraubverbindung vorzugsweise bis über die 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 hinaus und das zweite Anziehen der Schraubverbindung mindestens bis zur erhöhten 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 erfolgt. Somit ist sichergestellt, dass jeweils eine plastische Verformung stattfindet.
Das Anziehen der Schraubverbindung kann streckgrenzgesteuert und/oder drehwinkelgesteuert ausgeführt werden. Am sichersten lässt sich der gewünschte Grenzwert (Streckgrenze bzw. 0,2%-Dehngrenze) über eine Kombination aus Drehmoment- und winkelgesteuertem Anzug erreichen.
Das erste Anziehen der Schraubverbindung erfolgt vorzugsweise ohne Berücksichtigung der Vorspannkraft. Dies bedeutet, dass das erste Anziehen der Schraube ohne eine Messung oder Erzeugung einer zahlenmäßig bestimmten – d. h. definierten – Vorspannkraft erfolgt. Eine solche genaue Einstellung der Vorspannkraft ist nicht erforderlich. Es geht lediglich darum, den Bereich der elastisch-plastischen Verformung im Trainieranzug zu erreichen, so dass die gewünschte Kaltverfestigung der Schraube eintritt. Bei bestimmten Verbindungen, wie z. B. Pleueln, bei denen die Verbindung bereits zur präzisen, mechanischen Fertigbearbeitung des Pleuelauges ein erstes Mal verschraubt wird, kann der Trainieranzug vorteilhaft und ohne Mehrkosten bereits in diesem ohnehin notwendigen Schritt durchgeführt werden. Dabei wird außerdem vorteilhaft ausgenutzt, dass die Schraube im Endanzug bei der Montage der Pleuel die gleiche, erhöhte Streckgrenze und damit auch die gleiche Vorspannung wie im Trainieranzug wieder erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der neuen Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil.
2 zeigt ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm der neuen Schraubverbindung beim Erst- und Zweitanzug.
3 zeigt ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm der neuen Schraube im Vergleich zu konventionell vergüteten Schrauben.
FIGURENBESCHREIBUNG
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schraubverbindung 1 mit einer hochfesten Schraube 2 sowie einem ersten Bauteil 3 und einem zweiten Bauteil 4. Die Schraube 2 weist einen Kopf 5, einen Schaftabschnitt 6 und einen Gewindeabschnitt 7 mit einem Außengewinde 8 auf. Das erste Bauteil 3 weist eine Bohrung 9 und das zweite Bauteil 4 eine Bohrung 10 auf. Die Bohrung 10 weist ein zum Außengewinde 8 der Schraube 2 korrespondierendes Innengewinde 11 auf. Über die ineinander eingreifenden Gewinde 8, 11 und die Kopfauflagefläche 12 des Kopfs 5 der Schraube 2 wird die für die sichere Schraubverbindung 1 erforderliche Klemmkraft erzielt.
Bei der Schraube 2 handelt es sich um eine extrem hochfeste Schraube mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1400 N/mm². Die Schraube 2 weist ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge auf, welches sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube 2 erstreckt. Die Schraubverbindung 1 wurde zunächst im Rahmen eines Trainieranzugs angezogen, wobei die Schraube 2 bis über ihre Streckgrenze hinaus angezogen wurde. Zum endgültigen Herstellen der Schraubverbindung 1 erfolgte dann das zweite Anziehen der Schraubverbindung 1 mindestens bis zu der aus dem Trainieranzug resultierenden erhöhten Streckgrenze.
2 zeigt ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm der erfindungsgemäßen Schraubverbindung 1 beim Erst- und Zweitanzug. Es ist erkennbar, dass der erste Anzug bis über die Streckgrenze bzw. die 0,2%-Dehngrenze hinaus erfolgt, woraus aufgrund der eintretenden Kaltverfestigung der Schraube 2 eine erhöhte Streckgrenze resultiert. Diese erhöhte Streckgrenze wird dann beim zweiten Anzug genutzt, der wiederum bis in den elastisch-plastischen Verformungsbereich hinein erfolgt. Weiterhin ist in 2 gut erkennbar, dass der Kurvenverlauf beim zweiten Anzug aufgrund des durchgeführten ersten Anzugs deutlich scharfkantiger ausgebildet ist, so dass das Verlassen des rein elastischen Verformungsbereich beim Anziehen besser bemerkbar ist.
3 ist ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm, welches das Verhalten der erfindungsgemäßen Schraubverbindung 1 dem einer konventionell vergüteten Schraube gegenüberstellt. Dabei ist der an sich praxisrelevante Vergleichsmaßstab eine konventionell vergütete Schraubverbindung einer geringeren Festigkeitsklasse (strichpunktierte Linienführung), da konventionell vergütete Schrauben einer Festigkeit von mehr als 1400 N/mm² im praxisrelevanten Stand der Technik nicht vorkommen. Für den systematischen Vergleich wurde dennoch eine entsprechende Kurve (gestrichelte Linienführung) eingezeichnet. Es ist in 3 erkennbar, dass die erfindungsgemäß bainitisch vergütete Schraube 2 eine extrem hohe Festigkeit bei einer sehr großen Duktilität aufweist. Dies zeigt sich im scharfkantigen Linienverlauf und der sehr großen Gleichmaßdehnung.

1: Schraubverbindung
2: Schraube
3: Bauteil
4: Bauteil
5: Kopf
6: Schaftabschnitt
7: Gewindeabschnitt
8: Außengewinde
9: Bohrung
10: Bohrung
11: Innengewinde
12: Kopfauflagefläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 1492720 [0004]
- EP 1728883 A1 [0005]
- TW 553786 [0009]
- TW 1253656 [0009]
- DE 10326898 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Kübler, Mages ”Handbuch der hochfesten Schrauben”, 1. Auflage, 1986, Seite 225, Gliederungspunkt 8.3.3 [0003]
- SAE-Veröffentlichung 2003-01-1179 ”Development of 1600 N/mm² class ultra-high strength bolts” [0006]
- SAE-Veröffentlichung 2007-01-1003 ”New bainitic steels for high strength components for automotive Parts” [0007]

Claims

Hochfeste Schraube (2), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge aufweist, welches sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube (2) erstreckt, und die Schraube (2) eine Zugfestigkeit R_m von mindestens 1400 N/mm² besitzt.
Hochfeste Schraube (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zugfestigkeit R_m von zwischen 1400 N/mm² und 1700 N/mm² besitzt.
Hochfeste Schraube (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5%, insbesondere von etwa 0,2% bis 0,4%, aufweist.
Hochfeste Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus legiertem Edelstahl, insbesondere 34CrNiMo6, besteht.
Hochfeste Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Streckgrenzverhältnis von weniger als 90%, insbesondere 85% oder weniger aufweist.
Hochfeste Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdehnung A bei einer Festigkeit von 1600 N/mm² etwa 10–18%, insbesondere etwa 12–14% beträgt.
Hochfeste Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brucheinschnürung Z bei einer Festigkeit von 1600 N/mm² größer als etwa 50% ist.
Hochfeste Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Beschichtung in Form eines Gleitlacks oder Schmiermittels aufweist, der als Schmierstoff insbesondere MoS, MoS₂, Graphit, Polyethylen oder ein anderes Polymer aufweist.
Hochfeste Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen geringen Anteil an Martensit von weniger als 15% aufweist.
Schraubverbindung (1), mit einer hochfesten Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, und einem Bauteil (3, 4), das mit der hochfesten Schraube (2) verschraubt ist.
Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Schraube (2), insbesondere einer hochfesten Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt des Zwischenstufenvergütens zum Erzeugen eines sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube (2) erstreckenden Bainitgefüges in der Schraube (2), so dass die Schraube (2) eine Zugfestigkeit R_m von mindestens 1400 N/mm² besitzt.
Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung (1) mit einer hochfesten Schraube (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, die nach Anspruch 11 hergestellt wurde, und einem Bauteil (3, 4), gekennzeichnet durch die Schritte erstes Anziehen der Schraubverbindung (1) bis über die die Streckgrenze R_eS1 hinaus, woraus eine erhöhte Streckgrenze R_eS2 der Schraube (2) resultiert, zweites Anziehen der Schraubverbindung (1) mindestens bis zur erhöhten Streckgrenze R_eS2 zur Herstellung der Schraubverbindung (1).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anziehen der Schraubverbindung (1) bis über die die 0,2%-Dehngrenze R_p0.2 hinaus und das zweite Anziehen der Schraubverbindung (1) mindestens bis zur erhöhten 0,2%-Dehngrenze R_p0.2 erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anziehen der Schraubverbindung (1) streckgrenzgesteuert und/oder drehwinkelgesteuert ausgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anziehen der Schraubverbindung (1) ohne Berücksichtigung der Vorspannkraft ausgeführt wird.