用高強度鋼製造的，或者需要施以較大預緊力的螺栓，皆可稱為高拉力螺栓。高拉力螺栓多用於橋樑、鋼軌、高壓及超高壓設備的連線。這種螺栓的斷裂多為脆性斷裂。套用於超高壓設備上的高拉力螺栓，為了保證容器的密封，需要施以較大的預應力。
基本介紹
- 中文名：高拉力螺栓
- 拼音：gāo lā lì luó shuān
- 相關概念：螺栓
- 套用：橋樑、鋼軌、高壓及超高壓設備
- 材質：高強度鋼
- 領域：機械零件
分類,加工工藝,鍍前工藝,鋼材設計,剝殼除磷,拉拔,冷鍛成形,螺紋加工,熱處理,注意事項,
分類
摩擦型高拉力螺栓：適用於鋼框架結構梁、柱連線，實腹梁連線，工業廠房的重型吊車梁連線，制動系統和承受動荷載的重要結構的連線。
承壓型高拉力螺栓：可用於允許產生少量滑動的靜載結構或間接承受動荷載的構件中的抗剪連線。
抗拉型高拉力螺栓：螺栓受拉時，疲勞強度較低，在動載作用下，其承載能力不易超過0.6P(P為螺栓的允許軸力)，因此，僅適用於靜載作用下使用，如受壓桿件的法蘭對接、T型接頭等。
加工工藝
鍍前工藝
熱軋盤條－（冷撥）－球化（軟化）退火－機械除鱗－酸洗－冷撥－冷鍛成形－螺紋加工－熱處理－檢驗 。
鋼材設計
在緊固件製造中，正確選用緊固件材料是重要一環，因為緊固件的性能和其材料有著密切的關係。如材料選擇不當或不正確，可能造成性能達不到要求，使用壽命縮短，甚至發生意外或加工困難，製造成本高等，因此緊固件材料的選用是非常重要的環節。 冷鐓鋼是採用冷鐓成型工藝生產的互換性較高的緊固件用鋼。由於它是常溫下利用金屬塑性加工成型，每個零件的變形量很大，承受的變形速度也高，因此，對冷鐓鋼原料的性能要求十分嚴格。 在長期生產實踐和用戶使用調研的基礎上，結合 GB/T6478-2001 《冷鐓和冷擠壓用鋼技術條件》 GB/T699-1999 《優質碳素結構鋼》及目標 JISG3507-1991 《冷鐓鋼用碳素鋼盤條》的特點，以 8.8 級， 9.8 級螺栓螺釘的材料要求為例，各種化學元素的確定。 C 含量過高，冷成形性能將降低；太低則無法滿足零件機械性能的要求，因此定為 0.25 %－ 0.55 %。 Mn 能提高鋼的滲透性，但添加過多則會強化基體組織而影響冷成形性能；在零件調質時有促進奧氏體晶粒長大的傾向，故在國際的基礎上適當提高，定為 0.45 %－ 0.80 %。 Si 能強化鐵素體，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定為 Si 小於等於 0.30 %。 S.P. 為雜質元素，它們的存在會沿晶界產生偏析，導致晶界脆化，損害鋼材的機械性能，應儘可能降低，定為 P 小於等於 0.030 %， S 小於等於 0.035 %。 B. 含硼量最大值均為 0.005 %，因為硼元素雖然具有顯著提高鋼材滲透性等作用，但同時會導致鋼材脆性增加。含硼量過高，對螺栓，螺釘和螺柱這類需要良好綜合機械性能的工件是十分不利的。
剝殼除磷
冷鐓鋼盤條去除氧化鐵板工序為剝亮，除磷，有機械除磷和化學酸洗兩種方法。用機械除磷取代盤條的化學酸洗工序，既提高了生產率，又減少了環境污染。此除磷過程包括彎曲法（普遍使用帶三角形凹槽的圓輪反覆彎曲盤條），噴九法等，除磷效果較好，但不能使殘餘鐵磷去淨（氧化鐵皮清除率為 97 %），尤其是氧化鐵皮粘附性很強時，因此，機械除磷受鐵皮厚度，結構和應力狀態的影響，使用於低強度緊固件（小於等於 6.8 級）用的碳鋼盤條。高拉力螺栓（大於等於 8.8 級）用盤條在機械除磷後，為除淨所有的氧化鐵皮，再經化學酸洗工序即複合除磷。 對低碳鋼盤條而言，機械除磷殘留的鐵皮容易造成粒拔模不均勻磨損。當粒拔模孔由於盤條鋼絲摩擦外溫時粘附上鐵皮，使盤條鋼絲表面產生縱向粒痕，盤條鋼絲冷鐓凸緣螺栓或圓柱頭螺釘時，頭部出現微裂紋的原因， 95 %以上是鋼絲表面在拉拔過程中產生的劃痕所引起。因此，機械除磷法不宜用來高速拉拔。
拉拔
拉拔工序有兩個目的，一是改制原材料的尺寸；二是通過變形強化作用使緊固件獲得基本的機械性能，對於中碳鋼，中碳合金鋼還有一個目的，即是使盤條控冷後得到的片狀滲碳體在拉拔過程中儘可能的破解，為隨後的球化（軟化）退火得到粒狀滲碳體做好準備，然而，有些廠家為降低成本，任意減少拉拔道次，過大的減面率增加了盤條鋼絲的加工硬化傾向，直接影響了盤條鋼絲的冷鐓性能。 如果各道次的減面率分配不合適，也會使盤條鋼絲在拉拔過程中產生扭轉裂紋，這種沿鋼絲縱向分布，周期一定的裂紋在鋼絲冷鐓過程中暴露。此外，拉拔過程中如潤滑不好，也可造成冷拔盤條鋼絲有規律地出現橫裂紋。 盤條鋼絲出出粒絲模口上卷同時的切線方向與拉絲模不同心，會造成拉絲模單邊孔型的磨損加劇，使內孔失圓，造成鋼絲圓周方向的拉拔變形不均勻，使鋼絲的圓度超差，在冷鐓過程中鋼絲橫截面應力不均勻而影響冷鐓合格率。 盤條鋼絲拉拔過程中，過大的部分減面率使鋼絲的表面質量惡化，而過低的減面率卻不利於片狀滲碳體的破碎，難以獲得儘可能多的粒狀滲碳體，即滲碳體的球化率低，對鋼絲的冷鐓性能極為不利，採用拉拔方式生產的棒料和盤條鋼絲，部分減面率直控制在 10%－ 15%的範圍內。
冷鍛成形
通常，螺栓頭部的成形採用冷鐓塑性加工，同切削加工相比，金屬纖維（金屬留線）沿產品形狀呈連續狀，中間無切斷，因而提高了產品強度，特別是機械性能優良。 冷鐓成形工藝包括切料與成形，分單工位單擊，雙擊冷鐓和多工位自動冷鐓。一台自動冷鐓機分別在幾個成型凹模里進行衝壓，鐓鍛，擠壓和縮徑等多工位工藝。 單工位或多工位自動冷鐓機使用的原始毛坯的加工特點是由材料尺寸長 5－6 米的棒料或重量為 1900－2000KG 的盤條鋼絲的尺寸決定的，即加工工藝的特點在於冷鐓成型不是採用預先切好的單件毛坯，而是採用自動冷鐓機本身由棒料和盤條鋼絲切取和鐓粗的（必要時）毛坯。 在擠壓型腔之前，毛坯必須進行整形。通過整形可得到符合工藝要求的毛坯。在鐓鍛，縮徑和正擠壓之前，毛坯不需整形。毛坯切斷後，送到鐓粗整形工位。該工位可提高毛坯的質量，可使下一個工位的成型力降低 15－17 %，並能延長模具壽命，製造螺栓可採用多次縮徑。
1. 用半封閉切料工具切割毛坯，最簡單的方法是採用套筒式切料工具；切口的角度不應大於 3 度；而當採用開口式切料工具時，切口的斜角可達 5－7 度。2. 短尺寸毛坯在由上一個工位向下一個成型工位傳遞過程中，應能翻轉 180 度，這樣能發揮自動冷鐓機的潛力，加工結構複雜的緊固件，提高零件精度。3. 在各個成型工位上都應該裝有沖頭退料裝置，凹模均應帶有套筒式頂料裝置。4. 成型工位的數量（不包括切斷工位）一般應達到3－4個工位（特殊情況下 5 個以上）。5. 在有效使用期內，主滑塊導軌和工藝部件的結構都能保證沖頭和凹模的定位精度。6. 在控制選料的擋板上必須安裝終端限位開關，必須注意鐓鍛力的控制。
在自動冷鐓機上製造高強度緊固件所使用的冷撥盤條鋼絲的不圓度應在直徑公差範圍內，而較為精密的緊固件，其鋼絲的不圓度則應限制在 1/2 直徑公差範圍內，如果鋼絲直徑達不到規定的尺寸，則零件的鐓粗部分或頭部就會出現裂痕，或形成毛刺，如果直徑小於工藝所要求的尺寸，則頭部就會不完整，稜角或漲粗部分不清晰。 冷鐓成型所能達到的精度還同成型方法的選擇和所採用的工序有關。此外，它還取決於所用的設備的結構特點，工藝特點及其狀態，工模具精度，壽命和磨損程度。 冷鐓成型和擠壓使用的高合金鋼，硬質合金模具的工作表面粗糙度不應大 Ra=0.2um, 這類模具工作表面的粗糙度達到 Ra=0.025-0.050um 時，具有最高壽命。
螺紋加工
螺栓螺紋一般採用冷加工，使一定直徑範圍內的螺紋坯料通過搓（滾）絲板（模），由絲板（滾模）壓力使螺紋成形。可獲得螺紋部分的塑性流線不被切斷，強度增加，精度高，質量均一的產品，因而被廣泛採用。 為了制出最終產品的螺紋外徑，所需要的螺紋坯徑是不同的，因為它受螺紋精度，材料有無鍍層等因素限制。 滾（搓）壓螺紋是指利用塑性變形使螺紋牙成形的加工方法。它是用帶有和被加工的螺紋同樣螺距和牙形的滾壓（搓絲板）模具，一邊擠壓圓柱形螺坯，一邊使螺坯轉動，最終將滾壓模具上的牙形轉移到螺坯上，使螺紋成形。 滾（搓）壓螺紋加工的共同點是滾動轉數不必太多，如果過多，則效率低，螺紋牙表面容易產生分離現象或者亂扣現象。反之，如果轉數太少，螺紋直徑容易失圓，滾壓初期壓力異常增高，造成模具壽命縮短。 滾壓螺紋常見的缺陷：螺紋部分表面裂紋或劃傷；亂扣；螺紋部分失圓。這些缺陷若大量發生，就會在加工階段被發現。如果發生的數量較少，生產過程注意不到這些缺陷就會流通到用戶，造成麻煩。因此，應歸納加工條件的關鍵問題，在生產過程控制這些關鍵因素。
熱處理
高強度緊固件根據技術要求都要進行調質處理。熱處理調質是為了提高緊固件的綜合機械性能，以滿足產品規定的抗拉強度值和屈強比。 熱處理工藝對高強度緊固件尤其是它的內在質量有著至關重要的影響，因此，要想生產出優質的高強度緊固件，必須要有先進的熱處理技術裝備。 由於高拉力螺栓生產量大，價格低廉，螺紋部分又是比較細微相對精密的結構，因此，要求熱處理設備必須具備生產能力大，自動化程度高，熱處理質量好的能力。進入 20 世紀 90 年代以來帶有保護氣氛的連續式熱處理生產線已占主導地位，震底式，網帶爐尤其適用於中小規格緊固件的熱處理調質。調質線除了爐子密封性能好以外，還具有先進的氣氛，溫度和工藝參數計算機控制，設備故障報警和顯示功能。高強度緊固件從上料－清洗－加熱－淬火－清洗－回火－著色到下線，全部自動控制運行，有效保證了熱處理質量。 螺紋的脫碳會導致緊固件在未達到機械性能要求的抗力時先發生脫扣，使螺紋緊固件失效，縮短使用壽命。由於原料的脫碳，如果退火不當，更會使原材料脫碳層加深。調質熱處理過程中，一般會從爐外帶進來一些氧化氣體。棒料鋼絲的鐵鏽或冷拔後盤條鋼絲表面上的殘留物，入爐加熱後也會分解，反應生成一些氧化性氣體。例如，鋼絲的表面鐵鏽，它的成分是碳酸鐵及氫氧化物，在加熱後將分解成 CO2 及 H2O ，從而加重了脫碳。研究表明，中碳合金鋼的脫碳程度較碳鋼嚴重，而最快的脫碳溫度在 700 － 800 攝氏度之間。由於鋼絲表面的附著物在一定條件下分解化合成 CO2 和 H2O 的速度很快，如果連續式網帶爐爐氣控制不當，也會造成螺絲脫碳超差。 高拉力螺栓當採用冷鐓成形時，原材料和退火的脫碳層不但仍然存在，而且被擠壓到螺紋的頂部，對於需要淬火的緊固件表面，得不到所要求的硬度，其機械性能（特別是強度和耐磨性）降低。另外，鋼絲表面脫碳，表層與內部組織不同而具有不同的膨脹係數，淬火時有可能產生表面裂紋。 為此，在淬火加熱時要保護螺紋頂部不脫碳，還要對原材料已脫碳的緊固件進行適度的覆碳，把網帶爐中的保護氣氛的優勢調到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等，使已脫碳的緊固件慢慢恢復到原來的含碳量，碳勢設定在 0.42 %－ 0.48 %為宜，覆碳溫度與淬火加熱相同，不能在高溫下進行，以免晶粒粗大，影響機械性能。 緊固件在調質淬火過程中可能出現的質量問題主要有：淬火態硬度不足；淬火態硬度不均；淬火變形超差；淬火開裂。現場出現的這類問題往往與原材料，淬火加熱和淬火冷卻有關，正確制訂熱處理工藝，規範生產操作過程，往往可以避免此類質量事故。
