TWI640379B - Screw and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種螺釘，螺釘包括桿，該桿具有第一桿區段、第二桿區段和連接第一桿區段與第二桿區段的焊縫，其中，第一桿區段由具有第一碳濃度和第一材料硬度的第一鋼構成以及第二桿區段由具有第二碳濃度和第二材料硬度的第二鋼構成，其中，第二碳濃度高於第一碳濃度，並且其中，焊縫比第一桿區段具有更大的材料硬度，其特徵在於，從焊縫的內部核心至焊縫的表面，焊縫的材料硬度減小。
Description
本發明關於一種螺釘以及一種用於製造螺釘的方法。
根據應用領域，對螺釘的要求是多種多樣的。如果螺釘應使用在受腐蝕的環境中，通常使用含碳量少的不鏽鋼作為材料。如果螺釘應具有高的材料硬度，尤其在其螺紋的區域中或其可能構造成鑽頭的尖端的區域中應具有高的材料硬度，則通常使用富含碳的鋼作為材料，這種鋼例如藉助加熱被硬化。為了實現在螺釘的部分區域中具有抗腐蝕性並且在螺釘的另一部分區域中具有高的材料硬度，已知在形成焊縫的情況下將第一桿區段和第二桿區段彼此焊接。對此，兩個桿區段由具有不同碳濃度的鋼構成。使用已知的焊接方法，例如電阻焊、壓焊或射線焊接。對此，由於在焊接過程期間兩個接合副以熔體混合，形成具有高材料硬度的焊縫。
之後，在由此形成的桿的表面上製造螺紋，這通常藉助滾壓工具或其他的成型工具。此外通常通過加熱使富含碳的桿區段硬化。為了將成型工具的磨損保持得很低，通常在成型螺紋之後發生硬化。此外已知的是，螺釘在成型螺紋之前經受熱退火，以便盡可能地降低焊縫的硬度以及受焊接熱影響並因此可能同樣硬化的緊接焊縫的桿區域的
硬度。
本發明的目的是提供一種經改進的螺釘以及一種用於製造螺釘的經改進的方法。
在具有桿的螺釘中，其中，桿具有第一桿區段、第二桿區段和連接第一桿區段與第二桿區段的焊縫，其中，第一桿區段由具有第一碳濃度和第一材料硬度的第一鋼構成，第二桿區段由具有第二碳濃度和第二材料硬度的第二鋼構成，其中，第二碳濃度高於第一碳濃度，並且其中，焊縫比第一桿區段具有更大的材料硬度，該目的通過以下方式實現，從焊縫的內部核心(core)至焊縫的表面，焊縫的材料硬度減小。由此，使桿的材料僅在其表面上變形的滾壓工具或其他成型工具僅經受很小的磨損。
在本發明中材料硬度理解為在測試力為0.3kp時的維氏硬度(HV)(作為HV0.3給出)。
一個有利的實施方式的特徵在於，從焊縫的內部核心直至焊縫的表面，焊縫的材料硬度連續減小。一個可替代的實施方式的特徵在於，從焊縫的內部核心至焊縫的表面，焊縫的材料硬度突變地減小。
一個有利的實施方式的特徵在於，桿具有橢圓形的橫截面。較佳地，桿具有圓形的橫截面。
一個有利的實施方式的特徵在於，桿在焊縫處具有螺紋。較佳地，螺紋是自切螺紋或自攻螺紋。較佳地，螺紋延伸直至第一桿區段及/或第二桿區段上。
一個有利的實施方式的特徵在於，第一桿區段包括螺釘驅動部及/或螺釘頭。另一有利的實施方式的特徵在於，第二桿區段包括螺釘尖端，尤其鑽頭。
在用於製造螺釘的方法中，其中，在形成焊縫的情況下使第一桿區段與第二桿區段彼此焊接，其中，第一桿區段由具有第一碳濃度的第一鋼構成，第二桿區段由具有第二碳濃度的第二鋼構成，其中，第二碳濃度高於第一碳濃度，該目的通過以下方式實現，焊縫具有從焊縫的內部核心至焊縫的表面減小的碳濃度。由於降低了在焊縫的表面上的碳濃度而確保，在焊接過程期間焊縫在表面上的材料硬度保持得較小，從而使桿的材料僅在其表面上變形的滾壓工具或其他成型工具僅經受很小的磨損。
該方法的一個有利的實施方式的特徵是，從焊縫的內部核心直至焊縫的表面，焊縫的碳濃度持續減小。一個可替代的實施方式的特徵在於，從焊縫的內部核心至焊縫的表面，焊縫的碳濃度突變地減小。
一個有利的實施方式的特徵在於，焊縫經受退火。
一個有利的實施方式的特徵在於，使第二桿區段硬化。
一個有利的實施方式的特徵在於，在焊縫處製造尤其自切式或自攻式螺紋。較佳地，螺紋延伸直至第一桿區段及/或第二桿區段上。
一個有利的實施方式的特徵在於，第一桿區段設有螺釘驅動部及/或螺釘頭。另一有利的實施方式的特徵在於，第二桿區段設有尖端、尤其鑽頭。
10‧‧‧螺釘
12‧‧‧第一桿區段
14‧‧‧第二桿區段
20‧‧‧桿
25‧‧‧螺紋
30‧‧‧螺釘頭
35‧‧‧螺釘驅動部
40‧‧‧螺釘尖端
50‧‧‧焊縫
52‧‧‧焊縫的內部核心
54‧‧‧焊縫的表面
下面參考圖式詳細闡述本發明。
圖1示出了具有焊縫的螺釘。
圖2示出了沿著圖1中的螺釘的焊縫的橫截面的材料硬度曲線。
在圖1中示出了具有桿20、螺釘頭30和螺釘尖端40的螺釘10。螺釘尖端40構造成鑽頭，因此螺釘10是自攻螺釘。在未示出的實施例中，螺釘尖端構造成經滾壓的及/或成型的螺紋牙頂，或螺釘具有不鋒利的或平的端部。螺釘頭30包括構造成外六角形的螺釘驅動部35。在未示出的實施例中，螺釘驅動部構造成縫隙、十字縫隙、內多邊形或外多邊形、多內圓邊形或多外圓邊形、內多齒形或外多齒形等。桿20具有圓形的橫截面並且具有螺紋25，螺紋構造成自攻螺紋。在未示出的實施例中，螺紋構造成自切螺紋或ISO螺紋等。
為了製造螺釘10，將第一桿區段12和第二桿區段14彼此焊接，在此形成焊縫50。第一桿區段12由具有第一碳濃度的第一鋼構成，較佳由具有相對低的碳濃度的不鏽鋼構成。第二桿區段14由具有第二碳濃度的第二鋼構成，較佳由具有相對高的碳濃度的可硬化的鋼構成，從而第二碳濃度高於第一碳濃度。
在焊接期間，第一桿區段12和第二桿區段14在其彼此指向的端側上是熱的，使得材料為液體。第一桿區段12
的被液化的材料與第二桿區段14的被液化的材料混合。在接下來冷卻時，混合的材料固化並且形成焊縫50。通過混合及/或通過第二桿區段14的碳擴散到焊縫50中，相對於第一桿區段12提高了在焊縫之內的碳濃度。
對此，焊縫具有從焊縫50的內部核心到焊縫50的表面減小的碳濃度。較佳地，在表面上的碳濃度沒有明顯高於在第一桿區段中的濃度。在焊接過程期間，焊縫在表面上的材料硬度很低，從而使得桿20的材料僅在其表面上變形的滾壓工具或其他成型工具僅經受很小的磨損。為了降低材料硬度而對焊縫進行的熱退火可能不是必須的。儘管如此，根據若干實施例對螺釘進行熱退火，尤其在焊接過程之後以及在製造螺紋之前進行熱退火(anlassen)。
從焊縫50的內部核心到焊縫50的表面的碳濃度下降較佳通過以下方式實現，亦即，第二桿區段14在焊接過程之前在其內部核心的區域中就具有比在其表面的區域中更多的碳。在較佳的實施例中，在焊接過程之前或期間將由含碳量少的鋼構成的環安裝在第二桿區段14的指向第一桿區段12的端側上，含碳量少的鋼的碳濃度尤其沒有明顯高於第一桿區段12的碳濃度。對此，在環中央較佳有環芯，環芯由富含碳的鋼構成，其碳濃度尤其基本與第二桿區段14的碳濃度一樣。
在圖2中示出了螺釘10沿著焊縫50，即從焊縫50的內部核心52直至焊縫50的表面54的橫截面的材料硬度的曲線圖。由於尤其在焊接過程期間的加熱和隨後的快速冷
卻使得焊縫50的鋼硬化，其中，碳濃度越高，得到的材料硬度越大。這使得焊縫50的材料硬度如圖2所見同樣從焊縫50的內部核心52至焊縫50的表面54減小。在內部核心52中，焊縫50的材料硬度較佳至少為500HV0.3，尤其較佳最高為750HV0.3。焊縫50的材料硬度在表面54上較佳最高為350HV0.3，尤其較佳最高為250HV0.3。
在該實施例中，焊縫50的碳濃度以及材料硬度從焊縫50的內部核心52直至焊縫50的表面54連續地降低。在未示出的實施例中，焊縫的碳濃度以及材料硬度從焊縫的內部核心直至焊縫的表面在一個或多個位置上沿著焊縫的橫截面突變地減小。
在焊接過程之後，將螺紋25成型，尤其滾壓到焊縫50的表面中，較佳第一桿區段12和第二桿區段14的表面中。由於焊縫50的表面的材料硬度較小，成型工具或滾壓工具僅承受很小的磨損。
在製造螺紋25之後，使第二桿區段14整個地或部分地硬化，較佳熱硬化。由此使得螺釘尖端40及/或還有螺紋25設有對於鑽孔或成型配合螺紋足夠的材料硬度。
Claims (15)
- 一種螺釘，包括：桿，前述桿具有第一桿區段；第二桿區段；和連接前述第一桿區段與前述第二桿區段的焊縫；其中，前述第一桿區段由具有第一碳濃度和第一材料硬度的第一鋼構成以及前述第二桿區段由具有第二碳濃度和第二材料硬度的第二鋼構成；其中，前述第二碳濃度高於前述第一碳濃度，並且前述焊縫比前述第一桿區段具有更大的材料硬度，其中，從前述焊縫的內部核心至前述焊縫的表面，前述焊縫的材料硬度減小。
- 如請求項1所記載之螺釘，其中，從前述焊縫的內部核心至前述焊縫的表面，前述焊縫的材料硬度持續減小。
- 如請求項1所記載之螺釘，其中，從前述焊縫的內部核心至前述焊縫的表面，前述焊縫的材料硬度突變地減小。
- 如請求項1至3中任一項所記載之螺釘，其中，前述桿具有橢圓的橫截面。
- 如請求項4所記載之螺釘，其中，前述桿在前述焊縫處具有自切式或自攻式螺紋。
- 如請求項5所記載之螺釘，其中，前述螺紋延伸直至前述第一桿區段及/或前述第二桿區段上。
- 如請求項6所記載之螺釘，其中，前述第一桿區段包括螺釘驅動部及/或螺釘頭。
- 如請求項7所記載之螺釘，其中，前述第二桿區段包括螺釘尖端。
- 一種用於製造螺釘的方法，在前述用於製造螺釘的方法中，在形成焊縫的同時使第一桿區段與第二桿區段彼此焊接，其中，前述第一桿區段由具有第一碳濃度的第一鋼構成，以及前述第二桿區段由具有第二碳濃度的第二鋼構成，其中，前述第二碳濃度高於前述第一碳濃度，其中，前述焊縫具有從前述焊縫的內部核心朝向前述焊縫的表面逐漸減小的碳濃度分布。
- 如請求項9所記載之用於製造螺釘的方法，其中，從前述焊縫的內部核心至前述焊縫的表面，前述焊縫的碳濃度持續減小。
- 如請求項9所記載之用於製造螺釘的方法，其中，從前述焊縫的內部核心至前述焊縫的表面，前述焊縫的碳濃度突變地減小。
- 如請求項9至11中任一項所記載之用於製造螺釘的方法，其中，使前述焊縫進行退火步驟。
- 如請求項12所記載之用於製造螺釘的方法，其中，使前述第二桿區段進行硬化。
- 如請求項13所記載之用於製造螺釘的方法，其中，在前述焊縫處製造自切式或自攻式的螺紋。
- 如請求項14所記載之用於製造螺釘的方法，其中，前述螺紋延伸直至前述第一桿區段及/或前述第二桿區段上。
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