DE60017010T2

DE60017010T2 - Schraube mit hoher Festigkeit

Info

Publication number: DE60017010T2
Application number: DE60017010T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Osaka-shi Onoe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2020-05-20
Also published as: US6386810B1; CN1157543C; EP1054170B1; EP1054170A3; DE60017010D1; EP1054170A2; HK1032432A1; CN1274812A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube mit hoher Festigkeit, wie eine Schneidschraube, oder eine Keilnasen-Schraube oder eine Bolzen, die das Festziehen und Verbinden bewirkt, während sie ein Innengewinde in einem Gegenstück bildet, in dem ein Grundloch gebildet worden ist.
Es sind Schrauben, wie Schneidschrauben, die bemerkenswerterweise Keilnasen-Schrauben und Bolzen einschließen, bisher als Festzieh- und Verbindungseinrichtung auf einer Vielfalt von Gebieten verwendet worden. Diese Schneidschrauben sind darin vorteilhaft, daß sie durch das einfache Formen eines Grundlochs in einem Gegenstück ihr eigenes Gewinde erzeugen, wenn sie geschraubt werden, und daher wird die Vorarbeit eingespart, die erforderlich ist, um ein Innengewinde in einem Gegenstück zu bilden, wie beim Festziehen und Verbinden unter Verwendung normaler Maschinenschrauben (Bolzen und Muttern), und die Arbeit kann merklich reduziert werden.
Da auf diese Weise ein Innengewinde im Gegenstück gebildet werden muß, müssen die Schneidschrauben ausreichend härter als das Gegenstück sein, und sie müssen außerdem die mechanischen Qualitäten aufweisen, die für eine Festzieh- und Verbindungseinrichtung erforderlich sind (Dauerfestigkeit und Schlagfestigkeit und so weiter). Aus diesem Grund sind herkömmliche Schneidschrauben normalerweise Schrauben gewesen, die durch das Komponentenwalzen eines Schraubenmaterials gebildet wurden, das einen kohlenstoffarmen Baustahl aufweist, dessen Oberfläche durch Wärmebehandlung gehärtet worden ist. Das heißt, daß die Oberfläche des Gewindeteils der Schneidschraube ein kohlenstoffreicher Martensit ist, der eine Härte aufweist, die zu Werkzeugstahl äquivalent ist, und der Kernteil ein kohlenstoffarmer Martensit mit hoher Zähigkeit ist. Es sollte beachtet werden, daß, da Bolzen und Schrauben und dergleichen Zugglieder sind, bei der Oberflächenhärtungsbearbeitung die Zähigkeit verloren geht und die Festigkeit reduziert wird, und es wird allgemein erkannt, daß dies unterwünscht ist und daß ein gründliches Brennen und Beizen (Anlassen) durchgeführt werden sollte.
Zusätzlich wird dadurch, daß herkömmliche Schneidschrauben Innengewinde in einem Gegenstück bilden, eine große Drehkraft benötigt, und daher wird, obwohl die Befestigungskräfte in einem gewissen Maß geopfert werden, die Gewindesteigung des Gewindeteils vergrößert, um das Drehmoment zu verkleinern, das zur Drehung benötigt wird. Andererseits sind, obwohl S Taito Schrauben vorhanden sind, die dieselbe Gewindesteigung des Gewindeteils wie eine Maschinenschraube aufweisen („S Taito" ist ein eingetragenes Warenzeichen der Nitto Seiko K.K) diese für eine Anwendung, die das Festziehen und Verbinden mit einem Gegenstück umfaßt, aufgrund ihrer großen Spannung ungeeignet. Im allgemeinen sind, sobald herkömmliche Schneidschrauben aus einem Gegenstück entfernt worden sind, damit Reparaturen oder dergleichen vorgenommen werden, sie für eine erneute Befestigung untauglich. Das heißt, das Schraubengewinde einer Schneidschraube wird einer wesentlichen Beschädigung ausgesetzt, wenn es geschraubt wird, um das Innengewinde in einem Grundloch eines Gegenstücks zu bilden, und das Schraubengewinde wird durch Schwingungen und dergleichen auch teilweise zerdrückt.
Aufgrund der Probleme der Materialfestigkeit, Oberflächenhärtungsbearbeitungsprobleme und Probleme der Verarbeitbarkeit, wie diesen, wird das erneute Festziehen und Verbinden herkömmlicher Schneidschrauben nicht berücksichtigt, sobald sie aus der Befestigung und Verbindung mit einem Gegenstück entfernt worden sind, und es wird nur ihre Verarbeitbarkeit zur Zeit des anfänglichen Festziehens und Verbindens berücksichtigt, das heißt, ob das Innengewinde mit einem kleinen Drehmoment im Grundloch gebildet werden kann. Bis zu dieser Stelle ist eine Beschreibung herkömmlicher Beispiele und ihrer Probleme gegeben worden, wobei Schneidschrauben, die eine Art bilden, die eine harte Verwendung aufweisen, als Beispiel genommen werden, jedoch gilt der Hauptteil der obigen Beschreibung für allgemeine Schrauben ebenso wie für Keilnasen-Schrauben und Bolzen und dergleichen.
DE-A-33 47 224 offenbart eine Schraube mit hoher Festigkeit gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei der Lösung der Probleme im Lichte der oben beschriebenen Bedingungen, eine Schraube mit hoher Festigkeit bereitzustellen, in dem ein Stahlmaterial mit hoher Festigkeit, das im Stand der Technik nicht verwendet wird, als die Schneidschraube oder Keilnasen-Schraube oder Bolzen oder dergleichen eingesetzt wird, und die überdies durch die Verabreichung eines Aufkohlungshärtungsverfahrens auf deren Oberfläche eine hohe Zugbelastung und Scherbelastung aufweist, und eine hohe Oberflächenhärte aufweist, und die insbesondere in Schneidschrauben eine gute Innengewindeformungsfähigkeit bezüglich der Grundlöcher des Gegenstücks und sehr gute Festzieh- und Verbindungseigenschaften und eine sehr gute Haltbarkeit aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kompatibilität mit einer Maschinenschraube in einer solchen Weise bereitzustellen, daß sobald die Schneidschraube aus dem Gegenstück entfernt worden ist, eine Maschinenschraube in das Innengewinde geschraubt werden kann, das durch die Schneidschraube gebildet wird.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, besteht die vorliegende Erfindung aus einer Schraube mit hoher Festigkeit, die aus einem Schraubenmaterial besteht, das einen hoch zugfesten Stahl mit einer oberflächengehärteten Schicht auf mindestens dem Gewindeteil aufweist.
Wenn ein Nenndurchmesser der Schraube nicht mehr als 6 mm beträgt, enthält das Schraubenmaterial Kohlenstoff in einer Menge im Bereich von 0,09 bis 0,13 Gew.%, Mangan in einer Menge im Bereich von 1,00 bis 1,30 Gew.%, Aluminium in einer Menge im Bereich von 0,02 bis 0,05 Gew.%, und der Rest ist, abgesehen von mehreren Metallelementen, die in unbedeutenden Mengen enthalten sind, Eisen, und die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht wird innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 0,3 mm durch ein Abschreckgas-Aufkohlungsverfahren eingestellt, das bei einer konstanten Temperatur durchgeführt wird; und wenn ein Nenndurchmesser der Schraube 8 bis 12 mm beträgt, enthält das Schraubenmaterial Kohlenstoff in einer Menge im Bereich von 0,15 bis 0,18 Gew.%, Mangan in einer Menge im Bereich von 1,0 bis 1,50 Gew.%, Aluminium in einer Menge im Bereich von 0,02 bis 0,05 Gew.%, und der Rest ist, abgesehen von mehreren Metallelementen, die in unbedeutenden Mengen enthalten sind, Eisen, und die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht wird innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,7 mm durch ein Abschreckgas-Aufkohlungsverfahren eingestellt, das bei einer konstanten Temperatur durchgeführt wird, und die Oberflächenhärte des Gewindeteils weist eine Vickershärte von 550 bis 700 Hv auf, die Härte des Kernteils weist eine Vickershärte von 200 bis 320 Hv auf, und die Zugfestigkeit der Schraube mit hoher Festigkeit beträgt 800 bis 1200 N/mm².
Außerdem ist die vorliegende Erfindung eine Schraube mit hoher Festigkeit, wobei die Schraube mit hoher Festigkeit gebildet wird, die sowohl eine Zähigkeit als Zugglied als auch eine Oberflächenhärte mit einem Ausmaß aufweist, daß sie nicht durch das Gegenstück beschädigt wird.
Zusätzlich wird dann, wenn die obenerwähnte Schraube eine Schneidschraube ist, die Gewindesteigung des obenerwähnten Gewindeteils ferner auf eine Gewindesteigung eingestellt, die eine Kompatibilität mit einer Maschinenschraube aufweist, und außerdem wird es bevorzugt, daß die obenerwähnte Schneidschraube eine S Taito Form aufweist („S Taito" ist ein eingetragenes Warenzeichen der Nitto Seiko K.K), da sobald sie aus dem Gegenstück nach dem Festziehen und Verbinden entfernt wird, ein erneutes Festziehen und Verbinden durchgeführt werden kann, indem das anfangs geformte Gewindeloch verwendet wird, und eine Maschinenschraube als Ersatz verwendet und eingeschraubt wird.
Zusätzlich wird es bevorzugt, daß eine Metallplattierung auf der Oberfläche der obenerwähnten oberflächengehärteten Schicht durchgeführt wird, um einen Schutzüberzug zu bilden und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
1 zeigt eine repräsentative S Taito Schraube als eine Ausführungsform der Schneidschraube der vorliegenden Erfindung, wobei hier (a), (b) bzw. (c) eine Draufsicht, Seitenansicht und Basisansicht davon zeigen;
2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Zeit und Temperatur in der kontinuierlichen Abschreckgas-Aufkohlungsbearbeitung des ersten Schraubenmaterials beschreibt; und
3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Zeit und Temperatur in der Gas-Aufkohlungsbearbeitung des zweiten Schraubenmaterials beschreibt.
Als nächstes wird eine detailliertere Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die Schraube mit hoher Festigkeit der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Schraubenmaterial, das einen hoch zugfesten Stahl aufweist, in dem durch die Verabreichung eines Oberflächenhärtungsverfahrens, insbesondere einer kontinuierlichen Abschreckgas-Aufkohlungsbearbeitung, auf mindestens dem Gewindeteil eine oberflächengehärtete Schicht innerhalb des Bereichs mit einer Tiefe von 0,05 bis 0,3 mm gebildet wird. Indem so verfahren wird, wird eine Schraube gebildet, die eine hohe Zugbelastung und Scherbelastung aufweist und eine hohe Oberflächenhärte aufweist. Wenn insbesondere eine Schneidschraube verwendet wird, wird eine Schraube mit hoher Festigkeit gebildet, die eine gute Innengewindeformungsfähigkeit bezüglich Grundlöchern des Gegenstücks aufweist und die sehr gute Festzieh- und Verbindungseigenschaften und eine sehr gute Haltbarkeit aufweist.
[Schraubenmaterial]
Ein erstes Schraubenmaterial, das in einer Schraube mit hoher Festigkeit eingesetzt wird, setzt einen hoch zugfesten Stahl ein, der bisher in Bolzen mit hoher Zugfestigkeit eingesetzt wurde, oder einen kohlenstoffreichen Stahl oder Legierungsstahl, in dem der Kohlenstoffgehaltsanteil nicht kleiner als 0,20 Gew.% ist. Spezifische Beispiele des Schraubenmaterials enthalten einen kaltgestauchten Kohlenstoffstahl (Stahl, der nicht weniger als SWRCH 220 ist), Maschinenbau-Kohlenstoff stahl (S20C, S38C, S45C), Maschinenbau-Legierungsstahl (Nikkel-Chrommolybdänstahl (SNCM 240, SNCM 630), Chrommolybdänstahl (SCM 415, SCM 435, SCM 440), und mit Aluminium beruhigten Stahl). Kohlenstoffstahl, in dem der Kohlenstoffgehaltsanteil nicht kleiner als 0,22 Gew.% ist und mit Aluminium beruhigter Stahl, die ebenfalls einen Kohlenstoffgehaltsanteil aufweisen, der nicht kleiner als 0,20 Gew.% ist, werden besonders bevorzugt. Als ein typisches erstes Schraubenmaterial wird eine chemische Komponente von mit Aluminium beruhigten Stahl in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
[Tabelle 1] Chemische Komponente des ersten Schraubenmaterials
Zusätzlich kann dann, wenn als ein zweites Schraubenmaterial, das in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ein Schraubenmaterial eingesetzt wird, das eine Kohlenstoffmenge im Bereich von 0,09 bis 0,18%, eine Manganmenge im Bereich von 1,00 bis 1,50 Gew.% und eine Aluminiummenge im Bereich von 0,02 bis 0,05 Gew.% aufweist, und in dem der Rest, abgesehen von mehreren Metallelementen, die in unbedeutenden Mengen enthalten sind, Eisen ist, eine Schraube mit noch höherer Festigkeit durch die Feinaufteilung der Tiefenstruktur hergestellt werden. Wenn insbesondere ein Nenndurchmesser der Schraube nicht mehr als 6 mm beträgt, ist das Material eines, in dem die enthaltene Menge C innerhalb des Bereichs von 0,09 bis 0,13 Gew.% liegt, die enthaltene Menge Mn so eingestellt wird, daß sie im Bereich von 1,00 bis 1,30 Gew.% liegt, die enthaltene Menge Al innerhalb des Bereichs von 0,02 bis 0,05 Gew.% liegt, andere Metallelemente, die im normalen Stahlmaterial enthalten sind, wie Si, P, S, Cu, Ni und Cr auf unbedeutende Mengen eingestellt werden, insbesondere Cu und P sehr viel weniger gemacht werden, und die Menge von Mn angehoben wird. Und wenn der Nenndurchmesser der Schraube 8 bis 12 mm beträgt, ist das Material eines, in dem die enthaltene Menge C innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 0,18 Gew.% liegt, die enthaltene Menge Mn so eingestellt wird, daß sie im Bereich von 1,00 bis 1,50 Gew.% liegt, die enthaltene Menge Al innerhalb des Bereichs von 0,02 bis 0,05 Gew.% liegt und andere enthaltene Metallelemente dieselben wie oben sind. Eine repräsentative chemische Komponente dieses Materials, dessen Nenndurchmesser nicht mehr als 6 mm beträgt, wird in der folgenden Tabelle 2 gezeigt.
[Tabelle 2] Chemische Komponente des zweiten Schraubenmaterial
[Schraubenbearbeitung]
Das Verfahren der Bildung der Schraube mit hoher Festigkeit der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das bisher schon wohlbekannt war. Das heißt, sie wird gebildet, indem das oben beschriebene Schraubenmaterial als ein Drahtstift genommen wird, das Endteil des Drahtstifts kopfbearbeitet wird, um einen Kopfteil zu bilden, und eine vorbestimmte Länge abgeschnitten wird, wobei eine Komponentenwalzung durchgeführt wird, um das Gewindeteil zu bilden.
[Repräsentative Schraubenart]
Es wird in 3 eine repräsentative Schraubenart einer Schneidschraube als Beispiel der Schraube mit hoher Festigkeit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die in 3 gezeigte Schneidschraube, die für gewöhnlich als S Taito Schraube bezeichnet wird, weist ein Kopfteil 1 und ein Gewindeteil 2 auf, wobei sich der Querschnitt vom Basisteil zum Endpunkt des Gewindeteils 2 von einer zylindrischen Form zu einer abgerundeten dreiseitigen Form ändert. Andere Arten von Schrauben umfassen eine Hohlmaden-Schneidschraube, eine Kopfschrauben-Schneidschraube, und eine Schneidschraube mit hoher Festigkeit und eine hexagonale Schneidschraube.
Bei diesen S Taito Schrauben ist der Berührungswiderstand klein, und es kann mit einem kleinen Drehmoment ein Innengewinde im Grundloch gebildet werden, da der Endpunkt des Gewindeteils 2, der zuerst in das Grundloch des Gegenstücks eingeführt wird, einen Dreipunkt-Kontakt mit dem Grundloch bildet. Zusätzlich wird die Gewindesteigung des Schraubengewindes des obenerwähnten Gewindeteils 2 auf dieselbe Gewindesteigung wie jene eingestellt, die in den durch die JIS festgelegten Schraubenkomponententypen als Maschinenschrauben klassifiziert werden, und sie ist mit einer Kompatibilität mit Maschinenschrauben versehen. Jedoch ist die Schneidschraube der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebene Schraubenart beschränkt, und es können bisher verbreitet bekannte Schneidschrauben als die Schraubenart gewählt werden.
[Oberflächenhärtungsverfahren]
Das Oberflächenhärtungsverfahren wird der Schraube erteilt, die in der oben beschriebenen Weise gebildet wird, wodurch mindestens auf der Oberfläche des Gewindeteils eine oberflächengehärtete Schicht gebildet wird. Hier umfassen Beispiele des Oberflächenhärtungsverfahrens eine Aufkohlungsbearbeitung, Nitrierbearbeitung, Hochfrequenzbearbeitung und Feuerabschreckung, jedoch wird die Aufkohlungsbearbeitung besonders bevorzugt. Zusätzlich umfassen Beispiele der Aufkohlungsbearbeitung eine Aufkohlungsabschreckung, Vakuumabschreckbehandlung und Aluminiumabschreckbehandlung. Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht, das heißt, der aufkohlungsgehärteten Schicht, im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm eingestellt wird, wenn ein erstes Schraubenmaterial verwendet wird. Wenn die Tiefe der aufkohlungsgehärteten Schicht kleiner als 0,05 mm ist, ist die Wirkung der Härtung unzureichend, und bei einer Tiefe, die größer als 0,3 mm ist, hat nicht nur die Wirkung ihre Sättigung erreicht, sondern der Kernteil des Schraubenteils wird spröde, was ihn für das Verbinden und Festziehen mit hoher Zugkraft ungeeignet macht. Wenn ein zweites Schraubenmaterial verwendet wird, ist es ein Merkmal der Erfindung, daß die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm eingestellt wird, wenn der Nenndurchmesser nicht mehr als 6 mm beträgt, und sie wird im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm eingestellt, wenn der Nenndurchmesser 8 bis 12 mm beträgt. Der Grund ist derselbe wie oben.
Dieses Oberflächenhärtungsverfahren bildet im Grunde eine Wärmebehandlung, und es ist der entscheidendste Schritt, da es eine große Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften der Schraube hat. Mit anderen Worten müssen durch die Wärmebehandlung Eigenschaften verliehen werden, die gleichzeitig mit der Festigkeit und Zähigkeit in Wechselwirkung stehen.
Das Aufkohlungsabschreckverfahren ist ein Verfahren, in dem bewirkt wird, daß Kohlenstoff diffundiert und die Oberfläche des Stahls durchdringt, und ist allgemein als Aufkohlungsbearbeitung bekannt. Wenn eine Aufkohlungsabschreckung durchgeführt wird, wird die Oberfläche gehärtet, um eine Schneidschraube zu erzeugen, die eine Oberfläche, die eine Verschleißfestigkeit aufweist, und ein Kernteil aufweist, das eine sehr gute Zähigkeit aufweist. Eine Aufkohlung umfaßt üblicherweise die Erwärmung des Produkts auf etwa 900°C, wodurch die unten angegebene Reaktion abläuft. 2CO C + CO₂ (Boudouard-Reaktion) C + Fe (Fe-C)
Wenn hier eine große Menge Sauerstoff im Abschreckofen vorhanden ist, bildet die Kohlenstoffkomponente des Stahlmaterials eine Verbindung mit dem Sauerstoff, wodurch umgekehrt eine Entkohlung stattfindet, die die Menge des Kohlenstoffs vermindert, so daß in der Realität die theoretische Menge Luft mit Butangas gemischt wird, ein RX-Gas, das durch einen Denaturierungsofen denaturiert wird, in den Abschreckofen geschickt wird, und die Aufkohlung durch ein Trägergas und eine kleine Menge angereicherten Gases durchgeführt wird.
Hier wird in der Aufkohlungsbearbeitung vom Gleichgewichtszustand zwischen den Festlösungsgrenzen und der Permeabilität der Kohlenstoffelemente im Schraubenmaterial im allgemeinen das Verfahren bei einer Temperatur von 700°C oder mehr durchgeführt, die den A₁-Umwandlungspunkt von Stahl bildet. Jedoch ist es bei einem Stahlmaterial wohlbekannt, das eine hohe Dichte von Chrom enthält, wie Chrommolybdänstahl, wenn eine Aufkohlung bei einer hohen Temperatur von nicht weniger als 700°C durchgeführt wird, daß sich thermodynamisch stabiles Chromkarbid in großen Mengen an den Korngrenzflächen oder Schichtfehlern abscheidet. Wenn sich das Karbid abscheidet, wird die Menge des Chroms, das im Schraubenmaterial verfestigt wird, reduziert, wodurch die Korrosionsbeständigkeit merklich gesenkt wird. Außerdem wird das Schraubenmaterial, wenn es für eine lange Zeit bei einer Temperatur gelagert wird, die die Rekristallisationstemperatur von Stahl (annähernd 450°C) überschreitet, nicht nur weich gemacht, was die Festigkeit des Kernteils merklich verringert, sondern das ausgefällte Chromkarbid wird grob gemacht, so daß die Oberflächenhärte der aufkohlungsgehärteten Schicht keine Vickershärte von nicht weniger als Hv 600 bis 650 erreicht. Wenn andererseits die Aufkohlungstemperatur auf 500°C oder weniger eingestellt wird, um eine Vergröberung des Chromkarbids und Weichwerden des Schraubenmaterials zu verhindern, wird die Permeation der Kohlenstoffelemente schwierig, und es kann infolge des Vorhandenseins eines passiven Oxidationsfilms, der auf der Oberfläche des Stahlmaterials gebildet wird, keine zufriedenstellend gehärtete Schicht gebildet werden. Folglich wird es bei einem Stahlmaterial, das eine hohe Dichte von Chrom enthält, wie Chrommolybdänstahl, bevorzugt, daß die Temperatur des Aufkohlungsverfahrens auf eine Temperatur, die beträchtlich niedriger als 900°C ist, und bevorzugter auf eine Aufkohlungstemperatur von 500°C bis 700°C eingestellt wird.
Das Aufkohlungsabschreckverfahren, das als das Oberflächenhärtungsverfahren des ersten Schraubenmaterials der vorliegenden Erfindung gewählt wurde, ist ein Verfahren, das als kontinuierliche Abschreckgas-Aufkohlungsbearbeitung bekannt ist. In diesem kontinuierlichen Abschreckgas-Aufkohlungsverfahren, wie in 2 gezeigt, wird die Schraube auf eine Temperatur T₁ erwärmt und es wird eine Aufkohlung durchgeführt, während die Temperatur für eine festgelegte Zeit beibehalten wird, woran anschließend das System auf eine Temperatur T₂ abgekühlt wird und für eine festgelegte Zeit in deren Zustand gehalten wird, wobei es schließlich auf eine Temperatur T₃ abgekühlt wird und für eine festgelegte Zeit in dem Zustand gehal ten wird, woran anschließend es ölabgeschreckt wird. Auf diese Weise kann die Martensitmenge des Schraubenkernteils unterdrückt werden und bewirkt werden, daß die Ferritmenge zunimmt, so daß sie die Zähigkeit erhöht. Wenn insbesondere das erste Schraubenmaterial mit Aluminium beruhigter Stahl ist, liegt die Temperatur T₁ zwischen 810°C und 900°C, und die Temperatur T₃ liegt zwischen 760°C und 800°C. Hier wird die Differenz zwischen der Temperatur T₁ und der Temperatur T₃ in einen Bereich von etwa 50°C bis 100°C eingestellt. Zusätzlich wird es bevorzugt, daß die Temperatur T₂ niedriger als die mittlere Temperatur der Temperatur T₁ und der Temperatur T₃ eingestellt wird. Die Zeit t₁ hängt vom Durchmesser des Gewindeteils ab, beträgt jedoch annähernd 40 Minuten bis 60 Minuten.
Schließlich wird die Schraube, der das oben beschriebene kontinuierliche Abschreckgas-Aufkohlungsverfahren erteilt worden ist, bei einer Temperatur von 240°C bis 430°C für 40 bis 60 Minuten aufbewahrt, wodurch eine Anlaßbehandlung durchgeführt wird. Die Oberflächenhärte des Gewindeteils, dem diese Reihe von Wärmebehandlungen erteilt worden ist, weist eine Vickershärte von 500 Hv bis 600 Hv auf, und entsprechend beträgt die Härte des Kernteils 280 Hv bis 350 Hv. Es wird beachtet werden, daß als ein Zugversuch (beruhend auf JIS B-1051) unter Verwendung eines Keils mit 0° bis 10° ausgeführt wurde, es kein Abreißen des Kopfes gab, wenn unter einer üblichen Belastung gezogen wurde. In der Praxis beträgt, wenn eine Schraube mit einem Nenndurchmesser von 4 mm hergestellt wird, die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht 0,06 bis 0,08 mm, und die Zugfestigkeit beträgt 1030 bis 1110 N/mm².
Zusätzlich ist das Aufkohlungsabschreckverfahren, das als das Oberflächenhärtungsverfahren des zweiten Schraubenmaterials der vorliegenden Erfindung gewählt wird, ein Abschreckgas- Aufkohlungsverfahren, das bei einer konstanten Temperatur durchgeführt wird. In diesem Gasaufkohlungsverfahren wird, wie in 3 gezeigt, die Schraube auf eine Temperatur T₄ erwärmt, die Aufkohlung wird für eine festgelegte Zeit (t₂) durchgeführt, während die Temperatur beibehalten wird, und dann wird eine Ölabschreckung durchgeführt, um die Abschreckung zu leisten.
Praktisch beträgt die Temperatur T₄ 850 bis 900°C und die Zeit t₂ beträgt 40 bis 60 Minuten. Danach wird die Schraube, der das obenbeschriebene Gasaufkohlungsverfahren erteilt worden ist, bei einer Temperatur von 220°C bis 350°C für 40 bis 60 min aufbewahrt, wodurch eine Anlaßbehandlung durchgeführt wird. Die Oberflächenhärte (Tiefe 0,02 mm) des Gewindeteils, dem diese Wärmebehandlung erteilt worden ist, weist eine Vickershärte von 550 Hv bis 700 Hv auf, und entsprechend beträgt die Härte des Kernteils (D/4) 200 Hv bis 320 Hv. Es wird beachtet werden, daß ein Zugversuch (beruhend auf JIS B-1051) unter Verwendung eines Keils mit 0° bis 10° durchgeführt wurde, jedoch gab es kein Abreißen des Kopfes, selbst wenn unter einer üblichen Belastung gezogen wurde. Zusätzlich betrug, wenn der Nenndurchmesser 6 mm betrug und die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht 0,21 bis 0,22 mm betrug, die Zugfestigkeit bis zum Bruch über 10 Proben 890 bis 990 N/mm². Die Proben, an denen das Anlaßverfahren bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt worden war, wiesen eine besonders gute Zugfestigkeit auf. Zusätzlich tauchte ein Effekt auf, wodurch die mechanischen Eigenschaften bei der einfachen Wärmebehandlung, die in 3 gezeigt wird, die zu diesem Material gehört, verglichen mit dem zweiten Schraubenmaterial besser waren, dem eine kontinuierliche Abschreckgas-Aufkohlung erteilt worden war, wie in 2 gezeigt.
[Plattierungsbehandlung]
Es gibt Fälle, in denen selbst dann, wenn eine oberflächengehärtete Schicht, und insbesondere eine aufkohlungsgehärtete Schicht auf der Oberfläche der obenerwähnten Schraube gebildet worden ist, in denen die Korrosionsbeständigkeit schlecht ist. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, daß eine Metallplattierung auf der Oberfläche der oberflächengehärteten Schicht durchgeführt wird, um einen Schutzüberzug zu bilden. Beispiele dieser Metallplattierung umfassen eine Zinkplattierung, Verchromung, Schwarzverchromung und Nickelplattierung.
Eine Zinkplattierung wird verbreitet beim Rostschutz von Stahl verwendet, und die Verabreichung einer Chromatbearbeitung bildet einen Schutzüberzug, der hinsichtlich der Ästhetik und Korrosionsbeständigkeit besser ist. Eine Verchromung umfaßt ei ne Zinkplattierung, der sich eine Chromatbearbeitung anschließt, wobei ein Chromüberzug gebildet wird, und dieser Chromüberzug weist eine gute Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit auf. Eine Schwarzverchromung weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, jedoch mangelt es ihr an Verschleißfestigkeit, so daß sie zum Beibehalten des Zustands vor der Verwendung der Schneidschraube geeignet ist. Eine Nickelplattierung ist gegenüber Luft und Feuchtigkeit beträchtlich beständiger als Eisen und bildet einen Schutzüberzug, der eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Diese Metallplattierungsarten sollten nach Eignung entsprechend des Bedarfs ausgewählt werden.
Beruhend auf der Schraube mit hoher Festigkeit der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, wird eine Schraube bebildet, wobei ein erstes Schraubenmaterial verwendet wird, das hoch zugfesten Stahl aufweist, und da mindestens dem Gewindeteil ein Oberflächenhärtungsverfahren, insbesondere eine kontinuierliche Abschreckgas-Aufkohlungsbearbeitung erteilt wird, um eine oberflächengehärtete Schicht mit einer Tiefe im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm zu bilden, wird eine Schraube mit hoher Festigkeit bereitgestellt, die eine hohe Zugbelastung und Scherbelastung aufweist, und eine hohe Oberflächenhärte aufweist, und insbesondere im Fall einer Schneidschraube weist sie eine bessere Haltbarkeit und Innengewindeformungsfähigkeit bezüglich der Grundlöcher des Gegenstücks auf und weist sehr gute Festzieh- und Verbindungseigenschaften auf, und sie weist bisher unbekannte ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf.
Außerdem kann dann, wenn die Schraube durch Verwendung eines zweiten Schraubenmaterials, dessen Komponente gemäß einem Bereich des Nenndurchmessers der Schraube eingestellt wird, und durch Einstellung der Tiefe der aufkohlungsgehärteten Schicht hergestellt wird, die Schraube als eine Schraube mit hoher Festigkeit hergestellt werden, wobei die Oberflächenhärte des Gewindeteils eine Vickershärte von 550 bis 700 Hv aufweist, die Härte des Kernteils eine Vickershärte von 200 bis 320 Hv aufweist, und die Zugfestigkeit 800 bis 1200 N/mm² beträgt. Insbesondere kann die Zähigkeit verbessert werden, indem eine Här te eines Kernteils gesteuert wird, und eine Zeitbruchfestigkeit kann ebenfalls verbessert werden.
Zusätzlich wird die Gewindesteigung des obenerwähnten Gewindeteils auf eine Gewindesteigung eingestellt, die mit einer Maschinenschraube kompatibel ist, und wenn die obenerwähnte Schneidschraubenform ferner eine S Taito Schraube ist, wird sie in einer solchen Weise mit einer Kompatibilität mit einer Maschinenschraube versehen, daß sobald die Schneidschraube aus dem Gegenstück entfernt worden ist, eine Maschinenschraube in das Innengewinde geschraubt werden kann, das durch die Schneidschraube gebildet wird.

Claims

Schraube mit hoher Festigkeit, die aus einem Schraubenmaterial besteht, das einen hoch zugfesten Stahl mit einer oberflächengehärteten Schicht auf mindestens dem Gewindeteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenn ein Nenndurchmesser der Schraube nicht mehr als 6 mm beträgt, das Schraubenmaterial Kohlenstoff in einer Menge im Bereich von 0,09 bis 0,13 Gew.%, Mangan in einer Menge im Bereich von 1,00 bis 1,30 Gew.%, Aluminium in einer Menge im Bereich von 0,02 bis 0,05 Gew.% enthält, und der Rest, abgesehen von mehreren Metallelementen, die in unbedeutenden Mengen enthalten sind, Eisen ist, und die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht durch ein Abschreckgas-Aufkohlungsverfahren, das bei einer konstanten Temperatur durchgeführt wird, innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 0,3 mm eingestellt wird, und wenn ein Nenndurchmesser der Schraube 8 bis 12 mm beträgt, das Schraubenmaterial Kohlenstoff in einer Menge im Bereich von 0,15 bis 0,18 Gew.%, Mangan in einer Menge im Bereich von 1,00 bis 1,50 Gew.%, Aluminium in einer Menge im Bereich von 0,02 bis 0,05 Gew.% enthält, und der Rest, abgesehen von mehreren Metallelementen, die in unbedeutenden Mengen enthalten sind, Eisen ist, und die Tiefe der oberflächengehärteten Schicht durch ein Abschreckgas-Aufkohlungsverfahren, das bei einer konstanten Temperatur durchgeführt wird, innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,7 mm eingestellt wird, und die Oberflächenhärte des Gewindeteils eine Vickershärte von 550 bis 700 Hv aufweist, die Härte des Kernteils eine Vickershärte von 200 bis 320 Hv aufweist, und die Zugfestigkeit der Schraube mit hoher Festigkeit 800 bis 1200 N/mm² beträgt.
Schraube mit hoher Festigkeit nach Anspruch 1, wobei die oberflächengehärtete Schicht einen Schutzüberzug aufweist, der darauf durch Metallplattierung gebildet wird.
Schraube mit hoher Festigkeit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schraube eine Schneidschraube ist.
Schraube mit hoher Festigkeit nach Anspruch 3, wobei die Gewindesteigung des Gewindeteils auf eine Gewindesteigung eingestellt wird, die eine Kompatibilität mit einer Maschinenschraube aufweist.
Schraube mit hoher Festigkeit nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Schneidschraubenform eine S Taito Schraube ist („S Taito" ist ein eingetragenes Warenzeichen der Nitto Seiko K.K), die einen Kopfteil und einen Gewindeteil aufweist, wobei sich der Querschnitt vom Basisteil zum Endpunkt des Gewindeteils von einer zylindrischen Form zu einer abgerundeten dreiseitigen Form ändert.