一种椎体方头螺栓的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械零件加工技术领域，尤其是一种椎体方头螺栓的制备方法。
【背景技术】
[0002]方头螺栓主要用于紧固承载货压力量较大的设备；在紧固螺帽时，以四方头螺栓为例，四方头螺栓的一端与设备四方孔成四个接触，四方头螺栓头承受的载货相对普通六角和圆柱头螺栓而言，四方头螺栓的接触面大，压力小，保护了设备紧固件在使用中的安全运行。而对于方头螺栓的生产工艺，传统技术主要是通过采用圆钢下料成所需要尺寸的坯料，再将坯料锻造成锻件，锻件在铣床上铣出方头，再将铣好的方头坯料置于车床上加工，加工到螺栓的基础尺寸，再将基础尺寸的工件制备出所需要的螺纹尺寸，检查总体尺寸并清理毛刺，包装即可完成；该工艺流程较为复杂，工艺流程长，生产周期长，使得生产成本较大，劳动力耗费较多；同时，该工艺难以保证产品的质量，产品统一性较差，基本尺寸难以得到保障，并且整个生产过程中的单价较高；为此，有研究者从上述技术问题出发进行研究与探索，为方头螺栓的生产过程中，工艺简化，降低成本以及确保产品质量等方面作出贡献。
[0003]如专利号为201210278010.2的《AP1000型核电站反应堆压力容器主螺栓的锻制方法》包括原材料准备、锻坯加热、锻件成型、锻件冷却和锻后热处理、锻件性能热处理步骤，锻件在锻造加热过程中采用延长中温阶段的保温时间，缩短高温阶段的加热时间和保温时间，并采用两次回火，在第二次回火开始时，即增大锻坯变形量和终锻温度，使主螺栓强度保持不变，并且冲击值较高，它提高了锻件的综合力学性能，其非金属夹杂物，晶粒度等完全满足ASME标准的要求，从而确保了主螺栓的使用寿命；但是该过程工艺流程较长、生产周期长、能耗大、生产成本较高。
[0004]由此可见，在现有技术中，对于方头螺栓的生产工艺还普遍较为复杂，生产周期较长，进而导致生产的成本较大，同时，传统的方头螺栓的生产工艺难以确保方头螺栓产品的质量统一性。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种生产工艺流程短，生产周期短，成本低，并且能够确保方头螺栓质量的椎体方头螺栓的制备方法。
[0006]具体是通过以下技术方案得以实现的:
[0007]—种椎体方头螺栓的制备方法，采用精密铸造椎体方头螺栓，具体是通过以下步骤实现的:
[0008](I)制模:采用蜡按照所需的椎体方头螺栓的尺寸，采用压力为10MPa挤压做成椎体方头螺栓模型，并采用温度为30°C的砂喷涂在椎体方头螺栓模型的表面，并加热至温度为38°C，再按照降温速度为4°C /min降温至温度为8°C，采用压力为10MPa继续挤压喷涂砂的椎体方头螺栓模型，随后采用升温速度为10°C /min升温至温度为100°C，使蜡溶解成液体，并采用抽机抽出蜡液，使其形成空壳砂模，待用；
[0009](2)原料配制浇注:选用80-90份钢粉、1-10份钥粉、13-18份铝粉、11_15份铜粉、1-7份镍粉、1-5份二氧化硅粉、1-8份碳粉混合均匀，并采用升温速度为5°C /min升温至68°C后，搅拌l_3h，搅拌速度为60r/min，搅拌结束后，将混合粉浇注于步骤I)制备好的空壳砂模中，并采用升压速度为10MPa/min升压至压力为120MPa，再恒压挤压20min，再以降压速度为15MPa/min降压至压力为15MPa，恒压挤压1min后，清除砂模，获得椎体方头螺栓初成品；
[0010](3)总体尺寸控制:根据传统工艺和椎体方头螺栓的尺寸需求，将步骤2)获得椎体方头螺栓初成品进行整体尺寸的调整，并加工出螺纹，检查螺栓尺寸规格，待用；
[0011](4)调质:将步骤3)检验合格的螺栓用于调质处理，调质的具体方法是将椎体方头螺栓置于温度为1000-1050°C的环境中，并调整真空度为0.8MPa的加热炉，冲入氦气为60V0L%，加热1min后，再以降温速度为15°C /min，降温至800°C，保温3h，再以降温速度为10°C /min,降温至400°C后，保温7h，再以降温速度为5°C /min,降温至80°C，保温1h ；再用喷头，采用5L澄清石灰水喷洒椎体方头螺栓初成品10s，继续升温至温度为300°C，回火处理2h，自然冷却至常温，获得椎体方头螺栓半成品；
[0012](5)发蓝处理:将步骤4)获得的椎体方头螺栓半成品进行发蓝药液发蓝处理，处理过程中，根据椎体方头螺栓半成品中含碳量的多少，将椎体方头螺栓半成品置于发蓝溶液中的时间和温度进行控制，具体是，椎体方头螺栓含碳量在0.7%以上的发蓝处理时间为lOmin，处理温度为130°C;含碳量为0.4-0.7%的发蓝处理时间为18min，处理温度为140°C;含碳量为0.1-0.4%的发蓝处理时间为50min，处理温度为149°C ;发蓝处理结束后，采用浓度为30%的氯化钠溶液浸泡5min，随后采用8°C的冷水冲洗干净，涂漆，即可获得成品椎体方头螺栓。
[0013]所述的原料是选用85份钢粉、5份钥粉、15份铝粉、13份铜粉、4份镍粉、3份二氧化硅粉、6份碳粉。
[0014]所述的发蓝药液是碱性发蓝药液和酸性发蓝药液中的一种。
[0015]所述的碱性发蓝药液的配方为SOg硝酸钠、960g氢氧化钠、180g亚硝酸钠、900g水，其制备方法是将硝酸钠、氢氧化钠、亚硝酸钠和水按照配方混合均匀，采用搅拌速度为100r/min的搅拌速度搅拌均勻，即可。
[0016]所述的酸性发蓝药液的配方为3g磷酸氢钙、2g磷酸、88g硝酸钠、Ilg过氧化锰、850g水，其制备方法是将磷酸氢钙、磷酸、硝酸钠、过氧化锰依次按照配方加入水中，溶解，采用搅拌速度为lOOr/min的搅拌速度搅拌均匀，即可。
[0017]与现有技术相比，本发明的技术效果体现在:
[0018]①通过对原料的精选，采取特殊的制模、浇注、调质和发蓝处理，不仅提高了方头螺栓的综合力学性能以及椎体方头螺栓的晶粒度较优，确保了椎体方头螺栓的质量和使用寿命。
[0019]②通过制备工艺条件和工艺参数的控制，使得是被出来的椎体方头螺栓的质量得以保障，缩短了工艺流程，缩短了生产周期，提高了工作效率，降低了生产成本。
[0020]③通过对成品椎体方头螺栓的发蓝处理，使得椎体方头螺栓的寿命得到了大大的延长，通过与传统工艺生产出来的方头螺栓进行抗压和存放对比试验，可以得出，本发明的椎体方头螺栓的抗压强度为500MPa ;存放5年，其抗压强度无一点变化，其力学性能较优。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
[0022]实施例1
[0023]一种椎体方头螺栓的制备方法，采用精密铸造椎体方头螺栓，具体是通过以下步骤实现的:
[0024](I)制模:采用蜡按照所需的椎体方头螺栓的尺寸，采用压力为10MPa挤压做成椎体方头螺栓模型，并采用温度为30°C的砂喷涂在椎体方头螺栓模型的表面，并加热至温度为38°C，再按照降温速度为4°C /min降温至温度为8°C，采用压力为10MPa继续挤压喷涂砂的椎体方头螺栓模型，随后采用升温速度为10°C /min升温至温度为100°C，使蜡溶解成液体，并采用抽机抽出蜡液，使其形成空壳砂模，待用；
[0025](2)原料配制浇注:选用SOg钢粉、Ig钥粉、13g铝粉、Ilg铜粉、Ig镍粉、Ig 二氧化硅粉、Ig碳粉混合均匀，并采用升温速度为5°C /min升温至68°C后，搅拌lh，搅拌速度为60r/min，搅拌结束后，将混合粉浇注于步骤I)制备好的空壳砂模中，并采用升压速度为10MPa/min升压至压力为120MPa，再恒压挤压20min，再以降压速度为15MPa/min降压至压力为15MPa，恒压挤压1min后，清除砂模，获得椎体方头螺栓初成品；
[0026](3)总体尺寸控制:根据传统工艺和椎体方头螺栓的尺寸需求，将步骤2)获得椎体方头螺栓初成品进行整体尺寸的调整，并加工出螺纹，检查螺栓尺寸规格，待用；
[0027](4)调质:将步骤3)检验合格的螺栓用于调质处理，调质的具体方法是将椎体方头螺栓置于温度为1000g°C的环境中，并调整真空度为0.8MPa的加热炉，冲入氦气为60V0L%，加热1min后，再以降温速度为15°C /min，降温至800°C，保温3h，再以降温速度为10°C /min,降温至400°C后，保温7h，再以降温速度为5°C /min,降温至80°C，保温1h ；再用喷头，采用5L澄清石灰水喷洒椎体方头螺栓初成品10s，继续升温至温度为300°C，回火处理2h，自然冷却至常温，获得椎体方头螺栓半成品；
[0028](5)发蓝处理:将步骤4)获得的椎体方头螺栓半成品进行发蓝药液发蓝处理，处理过程中，根据椎体方头螺栓半成品中含碳量的多少，将椎体方头螺栓半成品置于发蓝溶液中的时间和温度进行控制，具体是，椎体方头螺栓含碳量在0.7%以上的发蓝处理时间为lOm