一种长螺母的加工方法

文档序号:9661608阅读:575来源:国知局
一种长螺母的加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种紧固件的加工方法,具体涉及一种长螺母的加工方法,属于长螺 母加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 紧固件紧固件在市场上也称为标准件,是将两个或两个以上的零件(或构件)紧固 连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。它的特点是品种规格繁多,性能用途 各异,而且标准化、系列化、通用化的程度极高。紧固件是应用最广泛的机械基础件,需求量 很大。常用的紧固件包括螺栓、螺钉、螺母等。
[0003]螺母即为螺帽,是采用螺母和螺栓之间的摩擦力进行自锁,但是在动载荷中这种 自锁的可靠性就会降低。螺母在使用时,环境差异较大,低温、高温、酸碱性环境下都有可 能,且螺母在使用时,需要承受较大的应力,因此螺母需要较好的性能。
[0004]现有技术中的螺母一般都采用整体金属结构,不仅质量重,用料成本高,且性能一 般,作为设备连接紧固件,在设备中所占重量比较大,不利于降低设备的整体质量,影响生 产、运输和使用等各个环节。

【发明内容】

[0005]本发明针对现有技术所存在的缺陷,提供一种含强度高、易焊接的长螺母。
[0006]本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施:一种长螺母,由螺帽和螺杆 组成,螺帽呈圆盘状且螺帽外径大于螺杆外径,在螺帽中部开设有与螺杆同轴设置的圆形 凹孔且圆形凹孔深入至螺杆处,在螺杆外壁上开设有外螺纹,所述长螺母由三维网络氮化 硅陶瓷/合金钢复合材料制成,所述三层层状多孔氮化硅陶瓷/合金钢复合材料包括体积百 分比含量为30-50%的三层层状多孔氮化娃陶瓷和体积百分比含量为50-70%的合金钢。
[0007]本发明长螺母采用三层层状多孔碳化硅陶瓷/合金钢复合材料制成,三层层状多 孔SiC陶瓷和合金钢互为支撑骨架,充分发挥SiC陶瓷和合金钢两类材料的优点,有效提高 了长螺母的高温稳定性、耐磨损性、耐腐蚀性等。在复合材料中若氮化硅陶瓷的含量过高则 会增加复合材料的脆性,降低复合材料的整体性能,而若氮化硅陶瓷的含量过低则复合材 料的耐磨性和耐高温性能得不到提高。
[0008]在上述长螺母中,作为优选,所述合金钢由以下质量百分数的成分组成:C: 0.17%-0.24%;Mn:1.30%-1.60%;Ti:0.04%-〇. 10%;Al:0.15%-1.20%,Cr:0.50%-1.20%,V:0.003%-0.01%,B:0.0005%-0.0035%;Si <0.30%,S< 0.035%;P< 0.035%, 其余为Fe。
[0009]本发明使用的钢中C含量为0.17-0.24%,是一种低碳钢,塑性和韧性较好,淬透性 较高,经淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部,所以具有较高的低温冲击韧性良好的 加工性,且加工变形微小,抗疲劳性能相当好。在本发明长螺母复合材料的合金钢中,若碳 含量过高,会导致合金钢心部韧性的下降,将C含量为0.17-0.24%,稳定地保证合金钢的心 部有足够的塑性和韧性。由于低碳钢的强度和硬度会相对较低,本发明适当增加了Μη的含 量,以提高合金钢的强度和硬度。同时,本发明的钢中还同时含有Ti、V两种微量元素,与Μη 元素起协同作用,共同提高合金钢的强度和硬度。因为,Ti、V微量元素不仅可以细化晶粒, 还可以得到更高体积分数的弥散分布1^((:,《,((:,《,和¥((:,《析出颗粒,因此,可以同时 起到细晶强化和弥散强化的作用。
[0010]另一方面,碳当量影响元素Μη在0-60nm深度存在富集现象,尤其在0-20nm深度内 富集更为明显,Μη元素含量峰值可达12%,为母材中含量的8.5倍。Μη元素在表面的富集显 著提高了表层碳当量,使得表层焊接性能急剧恶化。由此可知,表层合金元素Μη的富集是造 成高强度合金钢不易焊接的主要原因,因此,严格控制合金钢中的Μη含量,避免多余的Μη在 生产过程中在合金钢表面富集。Μη元素还与钢中含有的Cr、Ni、V、B四种元素起协同作用,提 高钢的淬透性,从而使钢经渗碳淬火后提高钢的心部的强度和韧性。
[0011] 由于化学成分的改变,其显微组织也发生改变,本发明的螺母板不仅具有较高的 强度和硬度,还具有较高的塑性和韧性,且显著提高了螺母板的加工性能,使其易焊接。
[0012] 进一步优选,所述合金钢由以下质量百分数的成分组成:C: 0.18 % -0.22 % ;Μη: 1.40%-1.50% ;Ti:0.05%-0.08% ;A1 :0.30%-1.00% ,Cr:0.60%-0.80% ,V:0.005%-0.008%,Β:0·0008%-0·0030%;Si<0.30%,S< 0.035% ;P< 0.035%,其余为Fe。
[0013] 在上述长螺母中,作为优选,所述的三层层状氮化硅陶瓷包括上表面层、下表面层 以及上下表面层之间的中间层,其中上表面层和下表面层氮化硅陶瓷的原料组成(质量百 分比计)均为90-96%Si3N4和4-10%Υ2〇3,中间层氮化硅陶瓷的原料组成(质量百分比计)为 1-5%51〇2、0.5-2%炭黑、4-10%丫2〇3、余量313他。
[0014]本发明通过改变氮化硅陶瓷中Si3N4与二氧化硅和碳粉的相对含量,实现控制气孔 率,通过改变中间层Si3N4晶种的含量和层间界面对层状多孔氮化硅陶瓷烧结性能、微观组 织和力学性能的影响。随着Si3N4晶种含量的增大,收缩率逐渐降低,气孔率逐渐减小。以此 种控制多孔氮化硅气孔率的工艺为基础,制备三层层状多孔氮化硅陶瓷。随着中间层原料 中的Si3N4含量的逐渐增加,整个层状多孔氮化硅的收缩率和气孔率逐渐降低,弯曲强度逐 渐增加。当中间层与表面层的收缩率相差较大时,虽然是弱界面结合,但产生的界面残余应 力对层状多孔氮化硅的力学性能非常有利。当中间层与表面层的收缩率和气孔率接近时, 弱界面结合转变为强界面结合也有利于提高层状多孔氮化硅陶瓷的力学性能。总之,当中 间层的Si3N4含量变化时,层状多孔氮化硅陶瓷始终都具有较高的力学性能。
[0015]进一步优选,所述炭黑的粒径为60-80nm,Si02的粒径为0 · 1-0 · 5μπι,Y2〇3的粒径为 0 · 2-1 · 2μπι,Si3N4 为α>95 % 的a-Si3N4。
[0016]在上述长螺母中,所述三层层状多孔氮化硅陶瓷/合金钢复合材料由如下方法制 得:
[0017]分别按上表面层、中间层、下表面层所述的原料配料,分别将配料利用有机载体浸 渍成型并在0.3-0.61〇^的氮气压力和1720-1750°(3下烧结1-211,分别制得上表面层、中间 层、下表面层的干粉;
[0018]将制得的上表面层、中间层、下表面层的干粉依次敷放,最后在3-4MPa的压力下压 制成型,得三层层状多孔氮化硅陶瓷;
[0019]将三层层状多孔氮化硅陶瓷与合金钢利用真空-气压铸造方法制成三层层状多孔 碳化硅陶瓷/合金钢复合材料。
[0020]先制成三层层状多孔氮化硅陶瓷,再将合金钢引入三层层状多孔氮化硅陶瓷中, 使制得的复合材料中氮化硅陶瓷和合金钢互为支撑骨架,充分发挥两者材料的优点,并进 一步提高复合材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等物理性能。
[0021 ]作为优选,真空-气压铸造方法中的真空度为0.05-0.08MPa。
[0022] 本发明还公开了上述长螺母的加工方法,所述的加工方法包括如下步骤:
[0023]将三层层状多孔碳化硅陶瓷/合金钢复合材料先进行正火处理,然后机械加工成 长螺母坯件,最后将长螺母坯件进行热处理制得长螺母。
[0024] 在上述长螺母的加工方法中,所述的正火处理为等温正火处理,所述等温正火处 理的温度为1600_1700°C,保温2-3h,正火处理完成出炉后用1.5KW排风扇降温。正火处理为 等温正火处理,由于本发明长螺母基体合金钢中的碳含量较低,属于低碳钢,切削加工性不 佳,而正火处理可以改善其切削加工性。所以本发明长螺母在成型后经过了正火处理,改 善了钢材的显微组织、消除了残余应力,改善了切削加工性,为随后进行的机械加工做好准 备。而且,本发明钢材采用的是等温正火处理,解决了普通正火处理时由于堆冷存在的堆内 外及其它因素造成的冷却条件相差较大,而导致钢材局部由于冷速过快形成粒贝非平衡组 织,而钢材一些部位由于冷速过慢析出过多先共析铁素体而太软的现象,从而可以获得均 匀组织,将钢材的硬度控制在一定范围内,更利于后续机械加工的进行。
[0025]在上述长螺母的加工方法中,所述的热处理包括渗碳处理、回火处理。由于本发明 钢材的碳含量较低,属于低碳钢,所以使用本发明钢材制备得到的长螺母坯件先进行渗碳 处理,使碳原子渗入到长螺母坯件的表面层,使长螺母坯件具有高碳钢的表面层,再经过淬 火和回火,使长螺母坯件表面层具有高硬度和耐磨性,而长螺母坯件的心部仍然保持着低 碳钢的韧性和塑性。
[0026] 作为优选,所述的渗碳处理为先升温至950-980°C,保温70-90min,再降至960-980 °C,保温30-50min,然后降至920-930°C,保温20-40min,最后空冷至室温。本发明热处理中 的渗碳处理通过三阶段不同温度下的淬火处理,先消除渗碳层网状碳化物及细化心部组 织,然后改善渗层组织,进一步提高长螺母的硬度和耐磨性。
[0027] 作为优选,所述回火处理的温度为250-350°C,回火处理的时
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