一种环形接头及其加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种环形接头及其加工方法，属于材料加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 20号钢是工业生产中的常用材料之一，该钢强度低，韧性、塑性和焊接性还好，常 用于制造韧性要求较高的机械零件，但是其表面硬度、耐磨性能、耐腐蚀性都有所欠缺。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种不仅强度、韧性较高，高温性能也较 高的使用寿命长的环形接头。
[0004] 本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施：一种环形接头，该环形接头 是由改进后的20号钢加工而成，所述的改进后的20号钢由以下质量百分数的化学成分组 成：C:0? 17% -0? 23%;Si:0? 17% -0? 35%;Mn:0? 55% -0? 75%;Ni:0? 03% -0? 06%;Cu: 0. 05% -0. 20%；Ti：0. 005% -〇. 008%；Nb：0. 005% -〇. 01%；Cr^ 0. 20%；S^ 0. 025% ； 0.025%;其余为Fe。
[0005] 现有技术中 20 号钢的化学成分为C:0. 17% -0. 23%，Si:0. 17% -0. 37%，Mn: 0? 35% -0? 65%，P彡 0? 035%，S彡 0? 035%，Ni彡 0? 30%，Cr彡 0? 25%，Cu彡 0? 25%，其 余为Fe。本发明环形接头在现有20号的基础上提高了Mn的含量，降低了P、S的含量，优 选了Ni、Cu、Cr的含量，并添加了Ti、Nb元素。由于碳含量较低，环形接头的焊接性能和韧 性较好。Ti和Nb与C的亲和力都比铬大，把它们加入环形接头所用钢种后，C优先与它们 结合生产碳化钛和碳化铌，避免了析出碳化铬而造成晶界贫铬，从而有效防止晶间腐蚀。钛 和铌还与氮结合生产氮化钛和氮化铌，钛与氧可结合生产二氧化钛，防止晶间腐蚀。由于改 进后的20号钢化学成分的改变，其显微组织也发生改变，强度、韧性、高温性能均得到了很 大的提高，使其满足环形接头工作的要求。另外，降低硫含量可提高钢的变形能力；降低磷 含量会使钢的变形抗力减小。因此，降低磷、硫含量不仅可以改善钢的塑韧性和耐延迟断裂 性能，还可以改善钢的加工性能。
[0006] 在上述环形接头中，作为优选，所述的改进后的20号钢由以下质量百分数的化学 成分组成：C:0? 18% -0? 22%;Si:0? 20% -0? 30%;Mn:0? 58% -0? 70%;Ni:0? 03% -0? 05%; Cu：0. 08%-0. 20%；Ti：0. 006%-〇. 008%；Nb：0. 005%-〇. 008%；Cr^ 0. 20 % ； S< 0? 025%;P< 0? 025% ;其余为Fe。
[0007] 本发明的第二个目的在于提供一种上述环形接头的加工方法，所述加工方法包括 如下步骤：
[0008] (1)、热处理：将上述改进后的20号钢先锻造成型得环形接头锻件，然后进行热处 理，所述热处理包括正火处理和回火处理，正火处理的温度为1100-1160°C，保温l-2h，炉 冷，回火温度为540-580°C，保温l_2h，空冷；
[0009] (2)电镀锌镍合金：将热处理后的环形接头锻件采用普通的机械粗加工方法加工 成环形接头半成品，将环形接头半成品表面经过除油、酸洗除锈后电镀锌镍合金，钝化、烘 干后即可得到环形接头成品。
[0010] 因为改进后的20号钢中添加了Ti、Nb，Ti、Nb在钢中形成细小的碳化物、氮化物 及碳氮化合物，当进行热处理时，碳氮化物溶入奥氏体中，大量溶解的微合金碳氮化物在变 形和冷却过程中析出，提高环形接头的强度和硬度，起到显著的析出强化作用。另外提高环 形接头用钢热处理的温度，延长保温时间，使第二相粒子大量回溶，加强了Nb、Ti合金元素 在随后相变中的析出强化作用，提高环形接头的强度、耐蚀性。
[0011] 另外，本发明采用对环形接头半成品电镀锌镍合金，得到锌镍合金镀层，电镀锌镍 合金的成本虽然较同等厚度的电镀锌略高一点，但其耐蚀性是纯锌层的3-10倍。在不提高 生产成本的条件下（适当减少镀层厚度），电镀锌镍合金可以显著提高环形接头的耐蚀性、 硬度、耐磨性，使产品的实用寿命大幅度提高。且得到的锌镍合金镀层具有良好的延展性， 与基体金属的结合力好，成型性能良好。
[0012] 机械粗加工方法包括锯料、粗车杆、车杆钻孔、攻丝、车球、钻横孔、平头镗孔、平端 面、钻110°孔、钻孔、焊接等多种形式的加工方法，本领域普通技术人员可以根据需要选择 不同的机械加工方法。
[0013] 在上述环形接头的加工方法中，作为优选，步骤（1)中所述炉冷的冷却速度为 卜5°C/min〇
[0014] 在上述环形接头的加工方法中，作为优选，步骤（2)中电镀锌镍合金所用的电镀 镍包括氧化锌6-15g/L，氢氧化钠100-120g/L，硫酸镍5-20g/L，乙二胺15-25g/L，硼酸 8-16g/L，氯化铵 100-120g/L，明胶 0? 5-1. 2g/L。
[0015] 在上述环形接头的加工方法中，作为优选，步骤（2)中电镀锌镍合金时将环形接 头半成品加入镀槽中央作为阴极，将锌板加入镀槽作为阳极，温度为15-25°C，阴极电流密 度为 2-6A/dm2。
[0016] 在上述环形接头的加工方法中，作为优选，步骤（2)中所述钝化处理采用钼酸或 钼酸盐处理，以Mo计3. 2-9. 6g/L。现有技术中一般在电镀锌镍合金后采用铬酸盐钝化处理 形成铬/基体金属混合氧化物膜层，膜层中铬主要以六价和三价形式存在，由于六价铬是 致癌物质，对人体及环境都有严重危害。本发明通过不断试验发现，用钼酸或钼酸盐钝化电 镀锌镍合金金属，钝化处理的效果基本可以达到铬酸盐钝化效果，还可以明显提高锌、镍等 金属的耐蚀性，且无污染。
[0017] 综上所述，本发明环形接头在普通20号钢的基础上提高了Mn的含量，降低了P、S 的含量，优选了Ni、Cu、Cr的含量，并添加了Ti、Nb元素，由于化学成分的改变，其显微组织 也发生改变。且对该环形接头进行特定的热处理，提高的热处理温度、延长保温时间，并用 特定的镀锌镍镀液进行电镀，还采用无污染的钼酸或钼酸盐进行钝化，显著提高本发明环 形接头的强度、耐蚀性，进而显著延长其使用寿命长。
【具体实施方式】
[0018] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并 不限于这些实施例。
[0019] 实施例1 :一种环形接头，该环形接头是由改进后的20号钢加工而成，所述的改进 后的20号钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 22%;Si:0. 25% ;Mn:0. 65%;Ni: 0. 04%；Cu：0. 12%；Ti：0. 006%；Nb：0. 008%；Cr^ 0. 20%；S^ 0. 025%；P^ 0. 025% ； 其余为Fe。
[0020] 实施例2 :-种环形接头，该环形接头是由改进后的20号钢加工而成，所述的改进 后的20号钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 18%;Si:0. 20%;Mn:0. 60%;Ni: 0. 05%；Cu：0. 08%；Ti：0. 007%；Nb：0. 006%；Cr^ 0. 20%；S^ 0. 025%；P^ 0. 025% ； 其余为Fe。
[0021] 实施例3 :-种环形接头，该环形接头是由改进后的20号钢加工而成，所述的改进 后的20号钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 20%;Si:0. 30%;Mn:0. 70%;Ni: 0. 04%；Cu：0. 18%；Ti：0. 005%；Nb：0. 007%；Cr^ 0. 20%；S^ 0. 025%；P^ 0. 025% ； 其余为Fe。
[0022] 实施例4 :一种环形接头，该环形接头是由改进后的20号钢加工而成，所述的改进 后的20号钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 17%;Si:0. 35%;Mn:0. 55%;Ni: 0. 06%；Cu：0. 05%；Ti：0. 008%；Nb：0. 005%；Cr^ 0. 20%；S^ 0. 025%；P^ 0. 025% ； 其余为Fe。
[0023] 实施例5 :-种环形接头，该环形接头是由改进后的20号钢加工而成，所述的改进 后的20号钢由以下质量百分数的化学成分组成：C:0. 23%;Si:0. 17%;Mn:0. 75%;Ni: 0? 03%;Cu:0? 20%;Ti:0? 005% ;0? 01%;Cr彡 0? 20%;S彡 0? 025%;P彡 0? 025% ;其余 为Fe。
[0024] 方法实施例6
[0025] 实施例1所述环形接头的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
[0026] 热处理：将实施例1中所述改进后的20号钢先锻造成型得环形接头锻件，然后进 行热处理，所述热处理包括正火处理和回火处理，正火处理的温度为1140°C，保温1. 5h，以 2°C/min的冷却速度炉冷，炉冷至室温后进行回火，回火温度为560°C，保温1. 5h，空冷至室 温；
[0027] 电镀锌镍合金：将热处理后的环形接头锻件采用普通的机械粗加工方法（如锯 料、粗车杆、车杆钻孔、攻丝、车球、钻横孔、平头镗孔、平端面、钻110°孔、钻孔、焊接等）加 工成环形接头半成品，将环形接头半成品表面先经过普通的化学除油、热水洗、水洗、普通 的电解除油、热水洗、水洗、普通的强腐蚀酸洗除锈、水洗，然后在包括氧化锌8g/L，氢氧化 钠110g/L，硫酸镍10g/L，乙二胺20g/L，硼酸12g/L，氯化铵110g/L，明胶0. 8g/L的电镀液 中电镀锌镍合金，电镀锌镍合金时将环形接头半成品加入镀槽中央作为阴极，将锌板加入 镀槽作为阳极，温度为20°C，阴极电流密度为4A/dm2,得到电镀锌镍层，然后采用钼酸或钼 酸盐进行钝化处理得到最终成品环形接头，其中钼