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CN104114300B - 耐腐蚀螺栓、这种螺栓在腐蚀环境中的应用以及用于制造这种螺栓的方法 - Google Patents

耐腐蚀螺栓、这种螺栓在腐蚀环境中的应用以及用于制造这种螺栓的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种螺栓以及将这种螺栓结合耐腐蚀的待拧紧的部件用在腐蚀环境中以及用于制造这种螺栓的方法，其中该螺栓具有设有螺纹的螺杆、由适合于增加强度的热处理的耐腐蚀的材料制成。这种螺栓尤其用于直接拧紧。

Description

耐腐蚀螺栓、这种螺栓在腐蚀环境中的应用以及用于制造这种螺栓的方法
技术领域
本发明涉及一种螺栓以及将这种螺栓结合耐腐蚀的待拧紧的部件用在腐蚀环境中并且还涉及用于制造这种螺栓的方法，该螺栓具有设有螺纹的螺杆、由适合于增加强度的热处理的耐腐蚀的材料制成。
这种螺栓尤其用于所谓的直接拧紧中，其中螺栓本身形成了到螺母部件中的螺纹，该螺母部件为了容纳螺栓通常具有相应的通孔或者盲孔。
背景技术
由现有技术公开了，在腐蚀环境中使用由耐腐蚀材料例如不锈钢制成的螺栓，例如像DE 297 06 372 U1所公开的。然而这种螺栓的强度不足以用于所有使用情况，例如在直接拧入塑料部件或者碳纤维复合材料中时需要较高的强度。
由EP 0 948 719 B1公开了旋入塑料中的螺栓，该螺栓由于其几何形状可以由相对于常规的用于拧入塑料中的螺栓的材料来说具有较小强度的材料制成。
由DE 198 15 670 A1公开了一种带有耐腐蚀性能降低的部分硬化区域的耐腐蚀的螺纹滚压的螺栓，所述硬化区域仅仅形成螺栓的需要用于钻孔并且用于形成螺纹的小部分，相反在螺栓的承载区域内没有进行硬化。
原则上由钛制成的螺栓也适合，然而价格对于大批量生产领域中的螺纹连接来说太高了。
在DIN EN 10269标准“在高温和/或低温下的使用中用于固定元件的钢以及镍合金”中确定了对由非合金的和合金的（包括不锈）钢以及镍合金构成的固定元件的材料的要求。由所述材料制成的螺栓适合于增加强度的热处理，该材料是耐腐蚀的。
发明内容
本发明的第一主题是一种螺栓，其具有设有螺纹的螺杆、由适合于增强强度的热处理的耐腐蚀的材料制成。该螺栓具有在形成螺纹之前通过变形预先规定的第一强度，该强度通过热处理形成。为了形成螺纹，将具有螺纹导程、螺纹牙以及螺纹底的螺杆变形，并且螺纹导程通过由此出现的冷硬化在强度方面相对于没有变形的区域得到增加并且具有第二强度。此外，以自攻方式或者以螺纹滚压的方式构造所述螺纹。
这种螺栓一方面具有足够的强度并且另一方面具有足够的耐腐蚀性。
螺栓的材料可以尤其有利地克服与碳或者碳增强的复合材料的接触腐蚀。因为碳由于其电化学势能不利于铁，所以对于持续使用螺栓来说是特别重要的是：此外无论周围环境是腐蚀性的或者不是腐蚀性的，都无此无关地避免这种腐蚀。
所述螺栓可以根据EN 10269或者类似标准有利地由耐高温的材料制成，尤其由奥氏体的材料或者由镍基合金制成。
特别的实施方式涉及一种螺栓，其中螺距（P）关于外直径（Da）具有0.3到0.385的比例Q1=P/Da，其中每个在螺纹牙之间的螺纹底中的螺纹导程具有半径Rg，并且其中半径Rg关于螺距具有0.5到1.0，优选0.6到0.8的比例Q2=Rg/P。已证明，这种螺栓适合拧入塑料部件中，尤其适合带有高纤维份额的热塑性或者热固性塑料。
从具有半径Rg的螺纹底到螺纹牙的过渡有利地可以在25°到45°的角度范围内，尤其从28°到38°的角度范围内，并且螺纹啮合角可以在20°到30°的角度范围内。已表明，在所述角度的情况下在进入螺母部件中时存在螺纹牙的足够的稳定性。
所述螺杆可以有利地具有通过变形形成的螺纹牙顶以及螺纹芯子中未变形的区域，并且螺纹牙顶可以构造为具有比没有变形的具有第一强度的区域更高的第二强度，其中螺纹牙顶的通过变形实现的第二强度比第一强度高了至少10%、优选30%并且最高55%。
所述螺栓可以有利地具有米制自攻螺纹，并且由防止与不锈的不锈钢接触腐蚀的材料制成。
本发明的另一主题是将按本发明的螺栓结合相对于腐蚀环境耐腐蚀的有待螺纹连接的部件用在所述腐蚀环境中。
本发明的还有一个主题是用于制造按上述权利要求中任一项所述的螺栓的方法，该螺栓由适合于增加强度的热处理的材料制成，其中从热处理的坯件出发为了提高强度，在坯件热处理之后进行该坯件的变形从而形成螺栓几何形状。不设置其它显著改变强度的处理。
为了除去例如来自于用于通过热处理增强的螺栓的变形的不耐腐蚀的颗粒，可以有利地进行酸洗。这种颗粒例如可以从滚丝机传递到螺栓上。用酸洗避免了杂质铁腐蚀，在酸洗中除去了薄的金属层。
为了构造钝化的保护层，可以有利地在表面上实现表面的所谓的钝化。在钝化处理中不磨损材料，而是有针对性地优化钝化层的特性以及厚度。
本发明的另一个主题是由多个部件构成的组件，所述组件具有至少两个由不同材料制成的部件，其中该部件设有取决于各个材料的孔直径用来容纳提供螺纹连接的螺栓。所述一个部件的材料是碳纤维增强复合材料，并且另一个的部件的材料是尤其带有硬的铸件皮的NE金属铸件材料、复合材料（例如纤维复合材料）、耐用复合材料（例如玻璃球复合材料）以及其混合形式，其中至少两个由不同材料制成的部件与分别一个或者多个相同的按本发明的螺栓连接成一个组件。
至今为止，这种组件还由于缺少成本低廉的螺栓而没有大批量制造。
附图说明
根据附图解释按本发明的方法。附图示出：
图1是塑料制成的用于螺纹连接的按本发明的螺栓的侧视图；
图2是图1中螺栓的螺纹形成的细节；
图3是按本发明的带有螺纹滚压的米制螺纹的螺栓的侧视图；
图4是由多个不同材料制成的部件结合按本发明的螺栓形成的组件。
具体实施方式
在图1中以侧视图示出的按本发明的、用于螺纹连接到塑料中的螺栓1具有螺杆3，该螺杆具有螺纹2并且具有外直径Da以及芯子直径Dk，其中该螺杆3由适合用于增加强度的热处理的材料制成，该材料是耐腐蚀的。同样示出了螺栓的带有位于内部的力作用面的头部，但是这对于本发明来说不是重要的。
螺栓具有通过在使螺纹2成型之前由于变型所进行的热处理而预先给定的第一强度，并且所述螺杆3额外地变形，用于制造带有螺纹导程（Gewindegang）4、螺纹牙5以及螺纹底6的螺纹2，该螺纹牙具有牙形角phi。
所述螺距4以及尤其所述螺纹牙5通过在变形期间出现的冷硬化在强度方面相对于螺栓1的没有变形的区域7、即例如在螺杆3的内部得到提高，其中所述螺纹2以螺纹成形或者螺纹滚压的方式构造。
图2详细地示出了图1中螺栓的螺纹形成。螺距或者说螺纹导程P关于外直径Da在这种螺栓中具有从0.3到0.385的比例Q1=P/Da，在所示出的情况下，该比例为0.37。每个螺纹导程4在螺纹牙5之间的螺纹底6中具有半径Rg，其中该半径Rg关于螺距P具有从0.5到1.0的比例Q2=Rg/P，优选0.55到0.8，在所示出的情况下为0.62。
螺纹牙5的牙形角phi可以处于20°到30°的角度范围内，其中在所示的情况下该角度phi为25°。
在细节图中还可以看出，从具有半径Rg的螺纹底6到螺纹牙5的、带有直径Dü的过渡位置８上的过渡具有角度alpha，该角度处于25°到45°的角度范围内，尤其在28°到38°的角度范围内并且在这里的情况下大约为32°。
其它两个直径min.和max.对于本发明的描述不重要。
在用于构造带有螺纹牙顶9的螺纹2的变形之前已经具有第一强度的螺杆3具有不变形的芯子区域10，从而所述螺纹牙顶9构造有比不变形的芯子区域10更大的强度，其中通过变形实现的强度增加了至少10%、优选30%并且最高55%。
图3以侧视图示出了带有米制自攻螺纹12的另一种按本发明的螺栓11。该螺纹12具有从尖端开始在直径方面增加的成型区域13，该区域过渡到承载的螺纹区域14中。在两个区域13、14中完全构造螺纹导程，从而芯子直径从尖端开始朝向承载的区域14增大。
所述螺栓1、11可以在腐蚀环境中结合相对于环境耐腐蚀的待拧紧的部件进行使用。
在图4中示意性地示出了由多个不同材料制成的部件21、22、23构成的组件20，其中所述部件21、22分别具有至少一个孔，在此为带有取决于相应材料的孔直径d1、d2的盲孔24、25用来接纳用于提供螺纹连接的螺栓26。部件21可以由碳纤维增强复合材料制成，部件22可以由尤其带有硬铸件皮的NE-金属铸造材料，或者复合材料、如纤维复合材料，耐用复合材料、如玻璃球复合材料以及其混合形式制成。所述部件21-23与相应一个或者多个相同的螺栓26连接成唯一的组件20。
在通过变形制造螺纹时要注意，在整个变形期间的温度低于用于取消由热处理引起的强度或者说韧性（Festigkeit）的温度。这通过以下方法实现：通过利用轧制工具的足够大的变形长度进行轧制来制造螺栓几何形状。
此外，对于使用螺栓来说合适的材料可以是：AL-压铸件、AlMg-压铸件、Mg-压铸件、碳纤维或者玻璃纤维增强的塑料、例如不饱和的聚酯。
所述螺栓可以由奥氏体耐腐蚀的带有高强度的钢合金制成，并且适合于用在浇铸的或者打孔的芯子孔中，而不存在与拧入所述孔中的螺栓的材料的接触腐蚀。

Claims (15)

1.螺栓，具有设有螺纹的螺杆，由适合于增加强度的热处理的材料制成，该材料是耐腐蚀的，其特征在于，该螺栓具有在螺纹形成之前通过变形预先规定的第一强度，该第一强度由热处理产生；所述螺杆为了形成带有螺纹导程、螺纹牙以及螺纹底的螺纹而变形，并且螺纹导程通过由此出现的冷硬化在强度方面相对于没有变形的区域得到了增加并且具有第二强度，其中以自攻方式或者螺纹滚压的方式构造所述螺纹。
2.按权利要求1所述的螺栓，其特征在于，所述材料防止与碳或者碳增强的复合材料的接触腐蚀。
3.按权利要求1或2所述的螺栓，其特征在于，该螺栓由耐高温的材料制成。
4.按权利要求1或2所述的螺栓，其特征在于，该螺栓根据EN 10269由耐高温的材料制成。
5.按权利要求1或2所述的螺栓，其特征在于，该螺栓由奥氏体材料制成。
6.按权利要求1或2所述的螺栓，其特征在于，该螺栓由镍基合金制成。
7.按权利要求1或2所述的螺栓，其特征在于，螺距P相对于外直径Da具有0.3到0.385的比例Q1=P/Da，其中每个螺纹导程在螺纹牙之间的螺纹底中具有半径Rg，并且其中半径Rg关于螺距具有0.5到1.0的比例Q2=Rg/P。
8.按权利要求7所述的螺栓，其特征在于，从螺纹底到螺纹牙的过渡区域在25°到45°的角度范围内，并且牙形角处于20°到30°的角度范围内。
9.按权利要求1或2所述的螺栓，其特征在于，所述螺杆具有通过变形形成的螺纹牙顶以及螺纹芯子中未变形的区域，并且螺纹牙顶具有比未变形的、具有第一强度的区域更高的第二强度，其中通过变形实现的第二强度增加了至少10%并且最高55%。
10.按权利要求1或2所述的螺栓，其特征在于，所述螺栓具有米制自攻螺纹并且由防止与不锈的不锈钢发生接触腐蚀的材料制成。
11.按权利要求1到10中任一项所述的螺栓结合相对于腐蚀环境耐腐蚀的待拧紧的部件在所述腐蚀环境中的用途。
12.用于制造按上述权利要求1到10中任一项所述的螺栓的方法，该螺栓由适合于增加强度的热处理的材料制成，其特征在于，基于热处理的坯件，为了增加强度，在坯件热处理之后，使坯件变形从而形成螺栓几何形状。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，为了除去来自于用于通过热处理增强的螺栓的变形的不耐腐蚀的颗粒而进行酸洗。
14.按权利要求12或13所述的方法，其特征在于，为了在表面上构造钝化的保护层对表面进行所谓的钝化。
15.由多个部件构成的组件，所述组件具有至少两个由不同材料制成的部件，其中所述部件具有取决于各个材料的孔直径用来容纳提供螺纹连接的螺栓，其特征在于，所述一个部件的材料是碳纤维增强复合材料，并且所述另一个部件的材料是NE金属铸件材料或者复合材料或者耐用复合材料或者其混合形式，其中所述部件与分别一个或者多个相同的按权利要求1到10中任一项所述的螺栓连接成一个组件。
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