[发明专利]铁基形状记忆合金防松螺栓及其制造、使用方法

说明书

技术领域

本发明属于螺纹紧固件，具体地说涉及防止螺纹副松动及松脱的一种铁基形状记忆合金防松螺栓及其制造、使用方法。该铁基形状记忆合金防松螺栓特别适用于拆装困难、高速运动、机械内部不易检查的场合。

背景技术

众所周知，螺纹联接是现代结构和机械设备常用的联接方式之一。一般螺纹联接都具有自锁性，但受到较大振动、变载、冲击作用或温度变化较大时，螺纹联接易出现松动、松脱，导致预紧力下降。螺纹联接的使用实践及防松性能试验、疲劳强度试验证明：松动失效是承受交变载荷作用下螺纹联接的主要失效形式之一。松动将引起连接预紧力减小甚至丧失，从而降低螺纹连接的质量，造成连接各零件过早的损坏，甚至引发设备故障和人身事故。螺纹联接松动的主要原因是：联接状态螺栓螺母的螺纹牙之间存在一定啮合间隙，在受到横向载荷（振动、冲击和荷载）作用时，螺母与螺栓之间能产生不同频率的振动，使得螺旋副的摩擦力矩急剧下降，瞬时可减小到零，破坏螺旋副自锁条件，导致螺母自动回转松动。因此，螺纹牙间啮合间隙是导致螺母松动的根本原因，而啮合间隙的大小，是由螺栓与螺母的标准公差带（取决于制造精度）所决定的。制造精度越高，啮合间隙就越小，但螺栓和螺母的加工成本就会越高。因此，在不增加加工成本的前提下，提高螺栓和螺母的加工精度，最大程度地减小螺纹牙间的啮合间隙，甚至产生过盈配合，是解决螺纹联接松动的关键所在。据有关资料统计，世界各国每年机械设备因紧固件松动、松脱、疲劳断裂所造成直接经济损失人民币达数百亿元以上。因此，如何简单、有效地防止螺纹联接的松动问题已经成为亟待解决的问题。近几年来，国内外在螺纹联接防松的研究方面已经作了许多的工作，研制成功了一些新型的防松螺母，并取得了一定的成效。这些螺母多从结构角度进行改进，采用摩擦防松的机理来达到防松的目的。如ST2型防松螺母、凹凸型防松螺母、锲紧自锁螺母、加键防松螺母等，这些防松方法虽然在某些工作状况下取得一定的防松效果，但是它们或者防松性能不十分可靠，或者因其需要辅助零件，辅助加工带来使用上的不便，或者从根本上改变可拆联接的性质，或者因成本过高不易推广。总之，从结构入手并没有使螺母的松动问题得到完美的解决。因此，针对上述存在的问题；研究开发出一种铁基形状记忆合金防松螺栓是十分必要的。

发明内容

本发明旨在为了避免上述技术中存在的缺点和不足之处，秉着从改进现有的、惯用的螺栓制造材料出发，通过创新采用了铁基形状记忆合金材料来加工螺纹副的螺栓；通过采用铁基形状记忆合金在约束状态下的应变恢复特性，产生恢复力进而达到螺纹副防松的目的。而提供一种铁基形状记忆合金防松螺栓及其制造、使用方法。这种创新构思技术方案是对由铁基形状记忆合金制的车削好的螺栓杆进行1100℃×60min固溶处理后进行不同预变形量的单向拉伸；通过精确控制预紧力，与普通螺母组合成螺纹副后进行进行加热、保温，然后冷却：该阶段也是螺栓形状记忆效应的实现阶段，螺栓的径向、轴向和牙型的ε马氏体相变变形及恢复，进而产生轴向、径向的恢复力，三种恢复力都可以转化为螺纹副之间的自锁摩擦力矩，达到防松的目的。

本发明的目的是采用如下的技术方案实现的：所述的铁基形状记忆合金防松螺栓，其特征在于：按化学成份质量百分比的组成是：

Mn：16.86%～17.23%；

Si：4.50%～4.7%；

Cr：2.23%～10.30%；

Ni：2.26%5.29%；

C：≤0.08

除去杂质外其余成分为Fe。

所述的铁基形状记忆合金防松螺栓的制造工艺，其特征在于：步骤为：按化学成份质量百分比的组成要求选用熔炼材料，各组分按配比混合后，在氩气保护下于真空中频感应熔炼炉冶炼；待原料溶化并保温30min使其均匀后，通过金属模浇铸成铸锭；为了消除铸锭成分的不均匀性，铸锭经1200℃均匀化退火24小时后，车去表面氧化皮，切去帽口，再加热到1100℃保温1小时后热锻成圆形棒料；其热锻时的始锻温度为1050℃，终锻温度不低于900℃；然后将圆形棒料通过形状记忆训练后车削成略大于标准尺寸的螺栓杆；并于材料试验机上对该螺栓杆进行单向拉伸预变形，通过采用较低切削速度和使用渗透性、抗粘结性和散热性好的切削液，将拉伸后的螺栓杆车削螺纹，实现制得铁基形状记忆合金螺栓。