本发明涉及法兰锻造领域，具体涉及一种非金属耐酸碱高强度法兰锻造方法。
背景技术：
法兰又叫法兰凸缘盘或突缘。法兰是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。
目前，法兰生产工艺主要分为锻造、铸造、割制、卷制这四种，其中以锻造最为常见。铸造出来的法兰，毛坯形状尺寸准确，加工量小，成本低，但有铸造缺陷(气孔.裂纹.夹杂)，铸件内部组织流线型较差；锻造法兰一般比铸造法兰含碳低不易生锈，锻件流线型好，组织比较致密，机械性能优于铸造法兰，但锻造成本高于铸造法兰。在中板上直接切割出法兰的留有加工量的内外径及厚度的圆盘，再进行螺栓孔及水线的加工。这样生产出来的法兰就叫做割制法兰，此类法兰最大直径以中板的幅宽为限。用中板割条子然后卷制成圆的工艺叫做卷制，卷制法兰多用于一些大型法兰的生产，卷制成功之后还需要进行焊接，然后压平，再进行水线及螺栓孔的工艺的加工。
现有的锻造法兰普遍采用钢材锻造，这种材料在锻造加工过程中容易出现晶粒大或不均导致法兰硬化裂纹现象，而且法兰的机械强度不高，抗疲劳腐蚀性能差。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种非金属耐酸碱高强度法兰及其锻造方法，以解决现有技术中传统的钢材锻造法兰机械性能不高，抗疲劳腐蚀性能差，导致法兰使用寿命不长等问题。本发明提供的诸多技术方案中优选的技术方案能够实现锻造法兰具有较强的抗疲劳腐蚀性能，机械强度高，使用寿命长，实用性好等技术效果，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种非金属耐酸碱高强度法兰，包括法兰盘、固定孔；所述相邻固定孔间设置有t字形加强筋；所述法兰盘由碳纤维增强块体锻造而成，所述法兰盘外周设置有碳化硼层。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述t字形加强筋为碳纤维加强筋。
所述碳纤维加强筋的细丝数单位不少于15000。
所述碳化硼层为第一碳纤维粉、碳化硼粉、热塑性树脂、固化剂按体积比为1～1.5：0.5～0.8：0.2～0.3：0.8～1混合形成。
所述碳纤维增强块体第二碳纤维粉、玻璃纤维粉、热塑性树脂、固化剂按体积比为2～2.5：0.6～0.8：0.3～0.5：1～1.2混合形成。
所述第一碳纤维粉和碳化硼粉的粒径小于5μm。
第二碳纤维粉、玻璃纤维粉的粒径小于5μm。
所述固化剂包括脂肪族多胺固化剂、脂环族多胺固化剂、芳香族多胺固化剂、酚醛固化剂和酸酐固化剂中的一种或多种。
本发明还公开了一种非金属耐酸碱高强度法兰锻造方法，包括如下步骤：
步骤一：将第二碳纤维粉、玻璃纤维粉、热塑性树脂、固化剂按一定的比例混合形成糊状物；
步骤二：将步骤一制得的糊状物倒入模具内挤压形成块坯：
步骤三：将第一碳纤维粉、碳化硼粉、热塑性树脂、固化剂按一定的比例混合形成糊状混合物；
步骤四：将步骤三制得的糊状混合物均匀涂抹在步骤二制得的块坯外周，放入模具内挤压成初工件；
步骤五：将步骤四制得的块坯放入渗碳炉内进行渗碳处理，得到渗碳工件；
步骤六：将步骤五获得的渗碳工件放入炭化炉内进行炭化，制得碳纤维增强碳块体：
步骤七：将步骤六制得的碳纤维增强碳块体锻造成法兰坯体：
步骤八：将步骤七制得的法兰坯体进行精加工，制得碳纤维增强碳法兰；
步骤九：对步骤八制得的碳纤维增强碳法兰进行固化处理。
作为本案的优化设计，步骤二和步骤四中采用的挤压形成方法为粉末冷等静压成形。
有益效果在于：本发明所述的一种非金属耐酸碱高强度法兰锻造方法锻造生产的法兰相比传统的钢制法兰具有较强的抗疲劳腐蚀性能，机械强度高，使用寿命长，实用性好等。外层设置碳化硼层，增强了法兰的耐磨性，碳纤维和碳化硼都具有优良的耐酸碱性能，因此法兰适合在特殊的环境中使用。
附图说明
图1为本发明的俯视半剖结构示意图。
图2为本发明的正视半剖结构示意图。
图3为本发明的正视半剖碳化硼层、碳纤维增强块体结构示意图。
附图标记：1、t字形加强筋；2、固定孔；3、法兰盘；4、碳化硼层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1-3所示，本实施例的非金属耐酸碱高强度法兰，包括法兰盘3、固定孔2；相邻固定孔2间设置有t字形加强筋1；法兰盘3由碳纤维增强块体锻造而成，法兰盘3外周设置有碳化硼层4。
t字形加强筋1为碳纤维加强筋。碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7gpa，拉伸模量约为200到700gpa。用碳纤维材质作为加强筋，大大提升法兰的内稳定性及结构强度。
碳纤维加强筋的细丝数单位不少于15000。单位细丝数越大，其结构强度显著提高，如以12000细丝数单位计算，其抗张强度为400kg/mm2。
碳化硼层4为第一碳纤维粉、碳化硼粉、热塑性树脂、固化剂按体积比为1～1.5：0.5～0.8：0.2～0.3：0.8～1混合形成。碳化硼密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点，属于耐磨材料、陶瓷增强相，耐磨性能相当优异，因此作为法兰的外层起到很好的保护作用，增加法兰的耐磨性。碳纤维和碳化硼都具有优良的耐酸碱性，因此本发明的法兰可用于特征的酸碱环境，且法兰的抗拉抗压性能强，合适多种特殊用途。
碳纤维增强块体第二碳纤维粉、玻璃纤维粉、热塑性树脂、固化剂按体积比为2～2.5：0.6～0.8：0.3～0.5：1～1.2混合形成。玻璃纤维粉耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。碳纤维增加块作为法兰的基体，碳纤维粉、玻璃纤维粉近4:1混合构成，在抗压和抗拉性能降低不是很大的情况下，增加热塑性树脂的性能。
碳纤维粉是将高强高模碳纤维长丝经特殊技术表面处理、研磨、显微甄别、筛选、高温烘干后而获得的等长圆柱形微粒，它保留了碳纤维的众多优良性能，并且形状细小、表面纯净、比表面积大，易于被树脂润湿均匀分散，是性能优良的复合材料填料，采用碳纤维粉制备的法兰不论是机械强度还是耐磨性能均比较强，同时重量比钢材轻，且具有耐腐蚀、高模量的特性，热塑性树脂的使用是为了便于碳纤维粉混合形成糊状物，便于挤压成型，同时便于后续加热使其软化，方便碳纤维增强碳块体锻造，固化剂是专门用于增强热塑性树脂的固化的物质，加入固化剂后，可减小热塑性树脂在常温下的塑性变形，继而保证碳纤维增强碳法兰具有较强的机械强度。
第一碳纤维粉和碳化硼粉的粒径小于5μm。
第二碳纤维粉、玻璃纤维粉的粒径小于5μm。这样设计，碳纤维粉的粒径越小，制得的碳纤维增强碳法兰结构越致密，机械强度越高。
固化剂包括脂肪族多胺固化剂、脂环族多胺固化剂、芳香族多胺固化剂、酚醛固化剂和酸酐固化剂中的一种或多种。
本实施例还公开了一种非金属耐酸碱高强度法兰锻造方法，包括如下步骤：
步骤一：将第二碳纤维粉、玻璃纤维粉、热塑性树脂、固化剂按一定的比例混合形成糊状物；
步骤二：将步骤一制得的糊状物倒入模具内挤压形成块坯：
步骤三：将第一碳纤维粉、碳化硼粉、热塑性树脂、固化剂按一定的比例混合形成糊状混合物；
步骤四：将步骤三制得的糊状混合物均匀涂抹在步骤二制得的块坯外周，放入模具内挤压成初工件；
步骤五：将步骤四制得的块坯放入渗碳炉内进行渗碳处理，得到渗碳工件；
步骤六：将步骤五获得的渗碳工件放入炭化炉内进行炭化，制得碳纤维增强碳块体：
步骤七：将步骤六制得的碳纤维增强碳块体锻造成法兰坯体：由于采用热塑性树脂混合制作，因此可先对碳纤维增强碳块体加热使其稍微变软，然后再进行锻造，通过使热塑性树脂变软，则碳纤维增强碳块体的易于加工；
步骤八：将步骤七制得的法兰坯体进行精加工，制得碳纤维增强碳法兰；
步骤九：对步骤八制得的碳纤维增强碳法兰进行固化处理。这样设计，进一步增强碳纤维增强碳法兰内热塑性树脂的固化性能，减小热塑性树脂在常温下的变形。
作为可选的实施方式，固化剂包括脂肪族多胺固化剂、脂环族多胺固化剂、芳香族多胺固化剂、酚醛固化剂和酸酐固化剂中的一种或多种，多种混合使用可使热塑性树脂在较大的温度范围内均具有较好的固化性能。
其中碳化硼层4为第一碳纤维粉、碳化硼粉、热塑性树脂、固化剂按体积比为1～1.5：0.5～0.8：0.2～0.3：0.8～1混合形成；碳纤维增强块体第二碳纤维粉、玻璃纤维粉、热塑性树脂、固化剂按体积比为2～2.5：0.6～0.8：0.3～0.5：1～1.2混合形成，热塑性树脂主要是为了便于碳纤维粉形成糊状物，因此配量较少。
挤压形成方法为粉末冷等静压成形，因为热塑性树脂在高温下会变软，不利于块坯的形成。
步骤五中渗碳处理的温度为2000～2300℃，热处理时间为18～24小时。
步骤六中炭化的温度为2500℃～3000℃，炭化时间为20小时。
步骤八中的精加工包括抛光、打磨、去毛刺。
步骤九的固化处理方法包括向碳纤维增强碳法兰表面喷射固化剂、将碳纤维增强碳法兰放入固化剂溶液中，固化剂采用常温固化剂，常温固化剂可减小热塑性树脂在常温下的变形。
本实施例中碳化硼层4和；碳纤维增强块体的具体实施例包括：
实施例1：
碳化硼层4体积比第一碳纤维粉：碳化硼粉：热塑性树脂：固化剂按为1：0.5：0.2：0.8；
碳纤维增强块体体积比第二碳纤维粉：玻璃纤维粉：热塑性树脂：固化剂为2：0.6：0.3：1；
实施例2：
碳化硼层4体积比第一碳纤维粉：碳化硼粉：热塑性树脂：固化剂按为1.5：0.8：0.3：1；
碳纤维增强块体体积比第二碳纤维粉：玻璃纤维粉：热塑性树脂：固化剂为2.5：0.8：0.5：1.2
实施例3：
碳化硼层4体积比第一碳纤维粉：碳化硼粉：热塑性树脂：固化剂按为1.2：0.6：0.25：0.9；
碳纤维增强块体体积比第二碳纤维粉：玻璃纤维粉：热塑性树脂：固化剂为2.2：0.7：0.4：1.1。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。