本發明創造涉及緊固件制造
技術領域：
，特別涉及一種高強度鋁或鋁合金緊固件及其制造方法，同時，本案提供的方法同樣適合于其他中低強度金屬材料緊固件的制造。
背景技術：
：緊固件是作緊固連接用的一類應用極為廣泛的機械零件，一般通過將兩個或兩個以上零件(或構件)緊固連接成為一件整體而發揮作用。為滿足緊固需求，往往要求緊固件具有一定的塑性和較高的強度，同時在耐蝕性、高溫塑性、放松性等方面也根據應用需要具有一定的要求。鋁及鋁合金材料具有良好的塑性，但由于其常溫強度低、耐蝕性差、對熱處理工藝敏感等問題，限制了其在緊固件領域的廣泛應用。技術實現要素：有鑒于此，本發明創造旨在提出一種高強度鋁或鋁合金緊固件及其制造方法，在保持較高塑性的同時，力學性能得到顯著提升。本發明創造提供的一種高強度鋁或鋁合金緊固件，具有2μm以下(≤2μm)的晶粒尺寸；桿部晶粒流線呈縱向(與桿部軸向平行)排布，晶界以小角晶界為主。進一步，所述緊固件桿部分布有亞晶粒。進一步，所述緊固件頭部晶粒密度大于桿部晶粒密度，且頭部和桿部交界處具有晶粒富集區。本發明創造還提供了一種高強度鋁或鋁合金緊固件的制備方法，包括對原材料進行預壓處理的步驟，所述預壓處理為使原材料一次或多次通過一段角形彎折通道，優選為3-5次。為了便于操作，可以設計具有所述角形彎折通道的預壓模具，使原材料在外力推動作用下自所述角形彎折通道一端進入、另一端穿出即可。原材料通過所述角形彎折通道進行轉角時，能夠使得其內部晶粒變形、細化，使得晶粒尺寸降低，亞晶粒析出，形成縱向的流線排布及小角度晶界。優選的，所述角形彎折通道的轉角呈90°-135°圓角，最優為126°±5°。合適的轉角角度一方面能夠降低原材料的轉角難度，另一方面能夠提高晶粒細化和取向排布的速率，使得原材料在低至1次的通過次數下就極大地改善晶粒尺寸和分布，獲得力學性能的明顯提高。優選的，原材料通過所述角形彎折通道前，自第二次起，使其相對于前一次進入通道時繞軸旋轉(順時針或逆時針)一定角度；多次通過時，以總旋轉角度不小于360°為佳。例如使原材料4次通過所述角形彎折通道時，自第2次起，每次通過前使原材料繞軸順時針旋轉90°。該旋轉操作可以使得桿體每次通過轉角的彎折方向不同，有利于內部晶粒的均化和取向排布的均勻性。優選的，原材料通過所述角形彎折通道的速率為0.1mm/s以下，優選為10-4-10-2mm/s，較緩的通過速率能夠使得原材料的各個通過部位晶粒得以充分細化并穩定，并為晶粒取向重排提供足夠的動力和時間，是緊固件獲得最優力學性能的重要因素。優選的，所述角形彎折通道的直徑比緊固件目標產品的桿部標準直徑略大，以大1±0.5mm為佳，略大的通道直徑一方面使得預壓處理后原材料為后續加工步驟提供一定的加工余量，另一方面有利于預壓處理時向角形彎折通道內和/或原材料表面施加潤滑。優選的，所述預壓處理過程中，可以根據需要施加潤滑和/或進行冷卻。其中，施加潤滑即添加潤滑劑，例如沈陽航達公司生產的二硫化鉬，型號為hd7352、hd02-t均可達到預期效果。其中，所述冷卻也可以采用多種方式，例如原材料相鄰兩次通過所述角形彎折通道的間隙進行停頓、自然冷卻或水冷，或者在預壓模具中添加設置冷卻裝置等。施加潤滑能夠降低原材料通過的摩擦阻力，同冷卻一起起到控制溫度過度升高的作用。進一步，所述制備方法還包括在預壓處理后，對原材料進行終壓成型的步驟。所述終壓成型目的是使緊固件產品頭部成型，形成較大的頭部晶粒密度，同時能夠在頭部和桿部交界處形成晶粒富集區?？梢栽O計專門的終壓模具進行頭部擠壓成型。所述終壓成型液可以施加潤滑和/或進行冷卻。進一步，所述制備方法還包括在終壓成型后的后續加工步驟，包括去毛刺、磨削、攻制螺紋、表面處理、熱處理等，使得緊固件形成標準尺寸或獲得進一步性能改善。相對于現有技術，本發明通過反復擠壓變形、以細晶強化的方式來提高產品的力學性能，在反復擠壓加工過程中，產品的晶粒被不斷擠碎，形成細小的亞微米級別的晶粒，經過適當的回復過程，可以獲得晶粒尺度為亞微米級別的高強度緊固件產品。與其他常規的加工變形工藝相比，本發明的主要優勢在于可以有效的完成產品的加工，在擠壓過程中，除了產品表面與模具接觸以外，其他部分均為內部變形，不與外界發生任何接觸，從而可以完全的避免加工過程中可能造成的污染。除此之外，過程中不需要在材料中添加任何其他合金成分，可以很好的保持產品的清潔度；在適當的外加載荷下，材料不會發生開裂，這又保證了材料的致密度。本發明的產品具體地具有以下優勢：1、產品適用于常溫或低溫下，具有高強度和高耐蝕性的環境；2、產品晶粒尺寸可達到2μm以下；3、相對于同種材料加工獲得的緊固件，產品強度可提高2倍以上；而塑性損失不超過30％；4、產品的耐蝕性好，特別是具有優良的抗應力腐蝕性能；5、在高溫條件下，產品的強度會迅速下降，同時塑性急劇增大，理想狀態下，可實現超塑性，最大延伸率可達到200％；6、產品清潔，內部無空隙及污染等冶金缺陷；7、無需特殊熱處理過程，產品最終性能與熱處理工藝參數無直接關系，可以有效解決鋁合金產品性能對熱處工藝敏感的問題。附圖說明圖1為本發明創造緊固件產品內容的晶粒結構示意圖。圖2為預壓模具的一種結構示意圖。圖3為幾種終壓模具的結構示意圖。圖4為不同種鋁合金產品經過不同通過次數后的屈服強度結果示意圖。圖5為不同種鋁合金產品經過不同通過次數后的延伸率結果示意圖。具體實施方式本發明創造的示意性實施例及其說明用于解釋本發明創造，并不構成對本發明創造的不當限定。本發明緊固件產品的內部結構如圖1所示?？梢钥吹?，緊固件內具有2μm以下(≤2μm)的晶粒尺寸；產品內部流線明顯，桿部晶粒流線呈縱向排布，同時存在大量的小角晶界以及亞晶粒；頭部晶粒密度大于桿部晶粒密度，且頭部和桿部交界處具有晶粒富集區。下面以符合amsqq-a-225/9的7075鋁合金材料為原材料，材料狀態為t73，材料規格為12mm的緊固件為例，進行制作及對比分析。將原材料采用如圖2所示的預壓模具進行預壓處理，預壓模具的角形彎折通道位等徑通道，其轉角呈126°，轉角部分內外部分均為圓角，通道直徑較產品標準件直徑大1mm。使原材料通過所述角形彎折通道的速率為0.01mm/s。當原材料通過所述角形彎折通道的次數大于1時，原材料的總繞軸旋轉角度設置為360°，每次旋轉角度按照通過通道總次數平均分配。預壓處理過程中施加潤滑劑潤滑并在每次通過通道前對原材料進行自然冷卻。預壓處理后，采用圖3中一種合適的終壓模具進行終壓成型，使緊固件產品頭部成型。終壓成型過程中施加潤滑劑潤滑。終壓成型后，經過去毛刺、磨削、攻制螺紋、表面處理、熱處理，獲得產品標準件。表1為上述產品標準件在其他制備條件相同情況下，分別在預壓處理過程中經過0次、1次、2次、3次、4次、5次的通道通過后，獲得的性能指標。可以看出，預壓處理經至少1次通過所述角形彎折通道后，其強度均大幅提高，同時延伸率能夠保持在合理穩定的水平。表1通過次數抗拉強度屈服強度延伸率應力腐蝕0次357mpa208mpa20％35天出現裂紋1次450mpa373mpa12％無2次466mpa380mpa10.8％無3次480mpa390mpa14％無4次578mpa430mpa11％無5次626mpa475mpa11％無采用上述相同工藝，分別對1100、2024、3004、5083、6061、7075等多種鋁合金材料為原料，進行不同通過次數的預壓處理，其屈服強度和延伸率結果分別如圖4和圖5所示。從圖中可以看出，不同型號的鋁合金材料，在經過至少1次通過所述角形彎折通道后，在強度方面均能夠大幅提高，延伸率也能夠維持在合理穩定的所需水平。以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，并不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明創造的保護范圍之內。當前第1頁12