CN103774054A

CN103774054A - 一种合金螺杆材料及其螺杆的生产工艺

Info

Publication number: CN103774054A
Application number: CN201210430923.1A
Authority: CN
Inventors: 邓俊杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Dongguan Jieyu Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN103774054B

Abstract

本发明涉及注塑螺杆生产技术领域，公开了一种合金螺杆材料及其螺杆的生产工艺，该合金螺杆材料由20～60％的钼Mo、10～40％的硼化铁FeB、5～20％的铬Cr；2～30％的镍Ni、1～7％的锰Mn、0.1～1％的碳C和余量的铁Fe的原料粉末配置而成，其生产工艺为：模具准备-原料配置-压制坯料(冷等静压/模压)-制成坯体(热等静压/真空炉烧结)-正火处理-加工成型，本发明的合金螺杆材料硬度高，抗弯强度好，密度和钢体接近，断裂韧性高，耐磨性优异，耐腐蚀性能优良，其采用该材料制成合金螺杆的生产工艺，使得塑胶成型更为稳定，大大提高了制成合金螺杆的成功率，保证了注塑螺杆在生产过程中的长期稳定性。

Description

一种合金螺杆材料及其螺杆的生产工艺

技术领域

本发明涉及注塑挤出、抽粒螺杆生产技术领域，特指一种具有三元硼化物基金属陶瓷成分的合金螺杆材料及其螺杆的生产工艺。

背景技术

现有塑胶成型螺杆生产领域中，在对塑胶产品综合性能要求越来越高的前提下，在特种注塑越发普及的情况下，注塑成型在螺杆塑化过程中，工程塑胶、粉末冶金注射、陶瓷注射成型、磁铁铁粉、电木、BMC等严重磨损腐蚀领域，对螺杆造成了剧烈的磨损及剧烈的腐蚀，如磁铁粉90％、加纤65％、PPS+65％加纤、高环保、高阻燃条件下的塑胶成型，螺杆的使用寿命经常只有1-2个月的生产稳定周期，对此造成大量的塑胶材料及资源浪费，严重制约了生产成型企业的正常运转；因为螺杆材料的缺失，致使国内在这一领域目前还是空白。

就国外而言，早期螺杆制作的工艺步骤一般是采用38CrMoAl(SACM645)调质定型后加工并经72小时的氮化处理后制得，此类螺杆的表面具氮化层仅有0.3-0.7mm，耐磨性差，无法应对现今高玻璃纤维、矿纤维、碳纤维、高阻燃、高磨料磨损场合，仅有1个月左右的生产稳定周期，便无法生产成型。后来，随着全硬化螺杆的工艺推出，一定程度缓解螺杆磨损问题，其采用工具钢、高速钢、粉末高速钢或特种钢材，经过全硬化处理，通过材料整体硬化获得高抗扭、不易扭断、持续的高耐磨的全硬化螺杆，如日本通过采用专用螺杆钢种，先将材料进行预硬化到HRC60-64，再进行CNC整体磨削而成，此种工艺解决了全硬化螺杆在加工后硬化处理所带来的因变形校正而硬度降低、不均匀，从而提高了螺杆的性能，此工艺主要应用于特种成型场合，在高端螺杆行业中处于主导地位，但在高腐蚀场合却表现出一定的局限性。

就国内而言，国外技术材料封锁出口，无法获取专用螺杆材料，只能利用国内能购买到的，如：热作模具钢(SKD61)、冷作模具钢(SKD11)、高速钢(SKH55)、粉末冶金高速钢(ASP23)及工具钢(CPM3V)所制成的全硬化螺杆，通过牙型全磨CNC工艺制作的更是没有，因为从成型效率、热处理水平，都比较难达到这一水准，故用其制作的螺杆质量参差不齐，在耐磨损领域虽有表现，但还是不尽人意，耐腐蚀方面更不能与国外相提并论，恶劣的磨损及腐蚀状况，使得螺杆使用寿命不超过两个月。后来，随着覆层合金螺杆工艺的出现，曾一度改善了以上材料及工艺、使用寿命的时间，其制作工艺为：基材通常选用调质料HRC26-28，在其螺杆的表面通过音速火焰喷枪或超音速喷枪喷涂一层具有一定厚度的镍基、钴基、铁基合金层→火焰重熔→合金层，提高了耐磨性和耐腐蚀性，使用寿命在同等环境下有所提高。另外，利用国外进口的超音速喷涂Co+Cr+Wc合金粉末在基材螺杆表面形成一层超耐磨、耐腐蚀合金层，提高了螺杆性能，该工艺得到一定程度上的推广。然而，不论是覆层合金螺杆工艺还是螺杆表面喷涂Co+Cr+Wc合金层的工艺，都不能很好地解决合金层脱落问题。因两种材质的膨胀系不一致，导致的裂纹也得不到很好的解决，故推广应用的成本较高。且易出现两极分化，即质量合格的使用寿命会较长，质量控制不合格的使用寿命会非常短，往往使用几天就会造成合金层的脱落、扭裂等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种合金螺杆材料，该材料硬度高，高温性能优异，抗弯强度好，密度和钢体接近，断裂韧性高，耐磨性优异，耐腐蚀性能优良，并进一步提供了一种采用该材料制成合金螺杆的生产工艺，通过该生产工艺使得塑胶成型更为稳定，大大提高了制成合金螺杆的成功率，保证了注塑螺杆生产过程中的长期稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种合金螺杆材料，所述合金螺杆材料按以下原料粉末的质量分数比配比而成：

钼Mo：20～60％；硼化铁FeB：10～40％；铬Cr：5～20％；镍Ni：2～30％；锰Mn：1～7％；碳C：0.1～1％；铁Fe：余量。

进一步地，所述各原料粉末的粉度如下：

钼Mo：2～10μm；硼化铁FeB：10～45μm；铬Cr：10～45μm；镍Ni：2～10μm；锰Mn：10～45μm；铁Fe：2～10μm。

进一步地，所述各原料粉末的纯度如下：

钼Mo：99.8％以上；硼化铁FeB：99.7％以上；铬Cr：99.8％以上；镍Ni：99.5％以上；锰Mn：99.5％以上；铁Fe：99.5％以上。

一种以上述合金螺杆材料制作合金螺杆的生产工艺，其生产工艺步骤如下：

1)模具准备：根据待制作合金螺杆的长度需要选取管材，加工管材内孔，制作相应模具；

2)原料配置：按照合金螺杆材料所需组分取原料粉末混合均匀，制成初始粉末；

3)压制坯料：将制成的初始粉末填满到空置的模具型腔，并充分压实，并对模具型腔预抽真空，保持较高的真空状态，制得预烧结坯料；

4)制成坯体：制得预烧结坯料进行烧结处理，制得合金螺杆坯体；

5)正火处理：对制得的合金螺杆坯体进行1-2次的正火处理；

6)加工成型：去除模具，对经正火处理后的合金螺杆坯体磨削外圆至所需尺寸后，磨削牙形，最后对坯体未加工部分进行后续的加工处理，制得合金螺杆成品。

其中，所述模具以含碳量低的管材作为模具的管套，管套内孔中设有芯棒，在管套的一端设有具通孔的带孔堵头，管套的另一端设有无孔堵头。

进一步地，所述管套的含碳量低于0.25％，管套内侧面两端口处形成60°倒角，管套的壁厚为直径5～7mm，设在管套对应端的带孔堵头和无孔堵头内端面边缘亦形成倒角，带孔堵头、无孔堵头的倒角斜面与管套的60°倒角斜面紧密配合，带孔堵头和无孔堵头的上端还形成有垂直面，各该垂直面与对应的60°倒角斜面间形成焊缝，在制作预烧结坯料时，仅需将设置有芯棒的管套两端的带孔堵头和无孔堵头以保护气于对应焊缝处焊接封管，再配合带孔堵头的通孔对模具型腔进行抽真空处理后，封闭通孔，形成密封真空状态，型腔中的真空度为1.0×10^-2～1.0×10^-3Pa，其中，带孔堵头和无孔堵头的高度为3～4mm，垂直面的高度为1mm，带孔堵头的通孔直径为1.5～5mm，管套优选低碳钢材质的管材，保护气优选氩气或氮气。

进一步地，所述芯棒由芯杆和芯柄组成，芯杆、芯柄的长度分别与待制作螺杆的螺纹有效长度、尾部光圆长度相一致，芯杆的直径小于芯柄直径的6～20mm以上，其中，带孔堵头与芯杆的距离为5～10mm，芯杆的前端面呈圆弧形，芯柄的直径大小与管套内孔的大小紧密配合。

进一步地，在配置所述初始粉末时，按组分将各原料粉末以球磨方式在保护气中混合12～24h，使原料粉末混合均匀，其中的球磨方式采用球磨罐配合硬质合金球，其中的保护气优选氩气或氮气。

进一步地，在制作所述预烧结坯料时，以模压或冷等静压方式将填充于模具型腔中的初始粉末充分压实。

进一步地，在制作所述合金螺杆坯体时，可采用热等静压方式，将预烧结坯料垂直放立在热等静压炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立，或采用真空炉烧结方式，将预烧结坯料垂直放立在真空炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立。

再进一步地，在制作所述合金螺杆坯体时，将填充并保持内部真空的模具置于保护气中，以每5～20℃/min速率升温至1090～1280℃，在升温的同时0.5～3.5MPa/min施加压力至100～200MPa，并保持30～120min，再随炉冷却降压至常温常压，其中的保护气优选氩气或氮气。

再进一步地，焊接封管使用的保护气与配置原料、制成坯体时使用的保护气为同一种气体。

本发明的有益效果在于：通过对合金螺杆材料中各原料配比的控制，以保证制作出来的材料的强度和硬度，于材料中加入含锰的原料粉末，以进一步提高材料的强度和硬度，同时，还扩大了材料的烧结温度范围；该合金螺杆材料硬度高，抗弯强度好，密度和钢体接近，断裂韧性高，耐磨性优异，耐腐蚀性能优良，而且，通过在生产工艺中运用了热等静压工艺技术，使得材料成型更为稳定，大大提高了制成合金螺杆坯体的成功率，保证了螺杆在恶劣的程序工况下，其使用寿命大大超过现有各种螺杆的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是发明模具的全剖视图。

图3是图2中A处的局部放大图。

具体实施方式

以下结合说明书附图以及各具体实施方式对本发明作进一步说明：

具体实施例1：

首先，根据待制作合金螺杆的长度需要选取含碳量低于0.25％且壁厚为直径5mm的管材作为模具的管套1，优选低碳钢，加工管材内孔，并于管套1内侧面两端口处形成60°倒角，接着，加工一无孔堵头4和一中心开设有直径1.5mm通孔31的带孔堵头3，两者高度均为3mm，且均于其中一端形成与60°倒角斜面相配合的倒角，带孔堵头3和无孔堵头4的另一端还形成有垂直面，垂直面的高度为1mm，下一步，制作具有芯杆21和芯柄22的芯棒2，芯杆21的前端面呈圆弧形，以避免压制预烧结坯料时，芯杆21的径向收缩，保证合金螺杆的良品率，芯杆21、芯柄22的长度分别与待制作螺杆的螺纹有效长度、尾部光圆长度相一致，芯杆21的直径小于芯柄22直径的6mm以上，制作出如图2所示的相应模具各组件，其中，各倒角斜面在设置到管套1时，与管套1的60°倒角斜面紧密配合，各该垂直面在设置到管套1时，与对应的60°倒角斜面间形成如图3所示的焊缝a，芯柄22的直径大小与管套1内孔的大小紧密配合，模具组装完毕时，带孔堵头3与芯杆21前端面的距离为5mm。

其次，按以下原料粉末的质量分数比配比，以球磨方式，在球磨罐中配合硬质合金球混合12h(hour，小时)，制得初始粉末：

钼Mo：20％；硼化铁FeB：10％；铬Cr：5％；镍Ni：2％；锰Mn：1％；碳C：0.1％；铁Fe：余量，其中，各原料粉末的粉度为：钼Mo：2μm；硼化铁FeB：10μm；铬Cr：10μm；镍Ni：2μm；锰Mn：10μm；铁Fe：2μm，各原料粉末的纯度为：钼Mo：99.8％以上；硼化铁FeB：99.7％以上；铬Cr：99.8％以上；镍Ni：99.5％以上；锰Mn：99.5％以上；铁Fe：99.5％以上。

接着，将芯棒2差设到管套1中，并以无孔堵头4连接到芯柄22的对应端，并于无孔堵头4与管套1间的焊缝a处，以保护气氩气将无孔堵头4和管套1焊接封口，再将制成的初始粉末由未封口端填满到空置的模具型腔，并以模压方式充分压实，再将带孔堵头3连接到管套1未封口端，于带孔堵头3与管套1间的焊缝a处，以保护气氩气将带孔堵头3和管套1焊接封口，进一步，由带孔堵头3的通孔31对模具型腔预抽真空，使模具型腔中达到1.0×10^-2Pa的真空度，再封闭通孔31，使模具型腔形成密封且较高的真空状态，进而制得预烧结坯料。

然后，以热等静压方式，将制得预烧结坯料垂直放立在热等静压炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立，保证预烧结坯料的最小变形，炉腔充入保护气氩气以每5℃/min速率升温至1090℃，在升温的同时0.5MPa/min施加压力至100MPa，并保持30min，对预烧结坯料进行烧结处理，再随炉冷却降压至常温常压，制得合金螺杆坯体；

最后，对制得的合金螺杆坯体进行1次正火处理，以提高合金螺杆坯体的抗扭性能和抗弯强度，进一步，去除模具，对经正火处理后的合金螺杆坯体磨削外圆至所需尺寸后，磨削牙形，最后对坯体未加工部分进行后续的加工处理，制得合金螺杆成品。

具体实施例2：

首先，根据待制作合金螺杆的长度需要选取含碳量低于0.25％且壁厚为直径6.5mm的管材作为模具的管套1，优选低碳钢，加工管材内孔，并于管套1内侧面两端口处形成60°倒角，接着，加工一无孔堵头4和一中心开设有直径2mm通孔31的带孔堵头3，两者高度均为3mm，且均于其中一端形成与60°倒角斜面相配合的倒角，带孔堵头3和无孔堵头4的另一端还形成有垂直面，垂直面的高度为1mm，下一步，制作具有芯杆21和芯柄22的芯棒2，芯杆21的前端面呈圆弧形，以避免压制预烧结坯料时，芯杆21的径向收缩，保证合金螺杆的良品率，芯杆21、芯柄22的长度分别与待制作螺杆的螺纹有效长度、尾部光圆长度相一致，芯杆21的直径小于芯柄22直径的10mm以上，制作出如图2所示的相应模具各组件，其中，各倒角斜面在设置到管套1时，与管套1的60°倒角斜面紧密配合，各该垂直面在设置到管套1时，与对应的60°倒角斜面间形成如图3所示的焊缝a，芯柄22的直径大小与管套1内孔的大小紧密配合，模具组装完毕时，带孔堵头3与芯杆21前端面的距离为7mm。

其次，按以下原料粉末的质量分数比配比，以球磨方式，在球磨罐中配合硬质合金球混合18h，制得初始粉末：

钼Mo：25％；硼化铁FeB：20％；铬Cr：8％；镍Ni：10％；锰Mn：2％；碳C：0.3％；铁Fe：余量，其中，各原料粉末的粉度为：钼Mo：4μm；硼化铁FeB：25μm；铬Cr：28μm；镍Ni：5μm；锰Mn：32μm；铁Fe：4μm，各原料粉末的纯度为：钼Mo：99.8％以上；硼化铁FeB：99.7％以上；铬Cr：99.8％以上；镍Ni：99.5％以上；锰Mn：99.5％以上；铁Fe：99.5％以上。

接着，将芯棒2差设到管套1中，并以无孔堵头4连接到芯柄22的对应端，并于无孔堵头4与管套1间的焊缝a处，以保护气氮气将无孔堵头4和管套1焊接封口，再将制成的初始粉末由未封口端填满到空置的模具型腔，并以冷等静压方式充分压实，再将带孔堵头3连接到管套1未封口端，于带孔堵头3与管套1间的焊缝a处，以保护气氮气将带孔堵头3和管套1焊接封口，进一步，由带孔堵头3的通孔31对模具型腔预抽真空，使模具型腔中达到1.0×10^-2Pa的真空度，再封闭通孔31，使模具型腔形成密封且较高的真空状态，进而制得预烧结坯料。

然后，以热等静压方式，将制得预烧结坯料垂直放立在热等静压炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立，保证预烧结坯料的最小变形，炉腔充入保护气氮气以每8℃/min速率升温至1100℃，在升温的同时1MPa/min施加压力至120MPa，并保持36min，对预烧结坯料进行烧结处理，再随炉冷却降压至常温常压，制得合金螺杆坯体；

具体实施例3：

首先，根据待制作合金螺杆的长度需要选取含碳量低于0.25％且壁厚为直径5.4mm的管材作为模具的管套1，优选低碳钢，加工管材内孔，并于管套1内侧面两端口处形成60°倒角，接着，加工一无孔堵头4和一中心开设有直径3.5mm通孔31的带孔堵头3，两者高度均为3.5mm，且均于其中一端形成与60°倒角斜面相配合的倒角，带孔堵头3和无孔堵头4的另一端还形成有垂直面，垂直面的高度为1mm，下一步，制作具有芯杆21和芯柄22的芯棒2，芯杆21的前端面呈圆弧形，以避免压制预烧结坯料时，芯杆21的径向收缩，保证合金螺杆的良品率，芯杆21、芯柄22的长度分别与待制作螺杆的螺纹有效长度、尾部光圆长度相一致，芯杆21的直径小于芯柄22直径的12mm以上，制作出如图2所示的相应模具各组件，其中，各倒角斜面在设置到管套1时，与管套1的60°倒角斜面紧密配合，各该垂直面在设置到管套1时，与对应的60°倒角斜面间形成如图3所示的焊缝a，芯柄22的直径大小与管套1内孔的大小紧密配合，模具组装完毕时，带孔堵头3与芯杆21前端面的距离为6mm。

其次，按以下原料粉末的质量分数比配比，以球磨方式，在球磨罐中配合硬质合金球混合24h，制得初始粉末：

钼Mo：45％；硼化铁FeB：32％；铬Cr：16％；镍Ni：14％；锰Mn：5.4％；碳C：0.8％；铁Fe：余量，其中，各原料粉末的粉度为：钼Mo：8μm；硼化铁FeB：40μm；铬Cr：42μm；镍Ni：9μm；锰Mn：45μm；铁Fe：7μm，各原料粉末的纯度为：钼Mo：99.8％以上；硼化铁FeB：99.7％以上；铬Cr：99.8％以上；镍Ni：99.5％以上；锰Mn：99.5％以上；铁Fe：99.5％以上。

接着，将芯棒2差设到管套1中，并以无孔堵头4连接到芯柄22的对应端，并于无孔堵头4与管套1间的焊缝a处，以保护气氩气将无孔堵头4和管套1焊接封口，再将制成的初始粉末由未封口端填满到空置的模具型腔，并以模压方式充分压实，再将带孔堵头3连接到管套1未封口端，于带孔堵头3与管套1间的焊缝a处，以保护气氩气将带孔堵头3和管套1焊接封口，进一步，由带孔堵头3的通孔31对模具型腔预抽真空，使模具型腔中达到1.0×10^-3Pa的真空度，再封闭通孔31，使模具型腔形成密封且较高的真空状态，进而制得预烧结坯料。

然后，以真空炉烧结方式，将制得预烧结坯料垂直放立在真空炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立，保证预烧结坯料的最小变形，炉腔充入保护气氩气以每12℃/min速率升温至1220℃，在升温的同时3MPa/min施加压力至180MPa，并保持50min，对预烧结坯料进行烧结处理，再随炉冷却降压至常温常压，制得合金螺杆坯体；

最后，对制得的合金螺杆坯体进行2次正火处理，以提高合金螺杆坯体的抗扭性能和抗弯强度，进一步，去除模具，对经正火处理后的合金螺杆坯体磨削外圆至所需尺寸后，磨削牙形，最后对坯体未加工部分进行后续的加工处理，制得合金螺杆成品。

具体实施例4：

首先，根据待制作合金螺杆的长度需要选取含碳量低于0.25％且壁厚为直径6.8mm的管材作为模具的管套1，优选低碳钢，加工管材内孔，并于管套1内侧面两端口处形成60°倒角，接着，加工一无孔堵头4和一中心开设有直径4.2mm通孔31的带孔堵头3，两者高度均为3mm，且均于其中一端形成与60°倒角斜面相配合的倒角，带孔堵头3和无孔堵头4的另一端还形成有垂直面，垂直面的高度为1mm，下一步，制作具有芯杆21和芯柄22的芯棒2，芯杆21的前端面呈圆弧形，以避免压制预烧结坯料时，芯杆21的径向收缩，保证合金螺杆的良品率，芯杆21、芯柄22的长度分别与待制作螺杆的螺纹有效长度、尾部光圆长度相一致，芯杆21的直径小于芯柄22直径的10mm以上，制作出如图2所示的相应模具各组件，其中，各倒角斜面在设置到管套1时，与管套1的60°倒角斜面紧密配合，各该垂直面在设置到管套1时，与对应的60°倒角斜面间形成如图3所示的焊缝a，芯柄22的直径大小与管套1内孔的大小紧密配合，模具组装完毕时，带孔堵头3与芯杆21前端面的距离为9mm。

钼Mo：34％；硼化铁FeB：25％；铬Cr：10％；镍Ni：9％；锰Mn：6％；碳C：0.5％；铁Fe：余量，其中，各原料粉末的粉度为：钼Mo：7.8μm；硼化铁FeB：26μm；铬Cr：28μm；镍Ni：7μm；锰Mn：32μm；铁Fe：4μm，各原料粉末的纯度为：钼Mo：99.8％以上；硼化铁FeB：99.7％以上；铬Cr：99.8％以上；镍Ni：99.5％以上；锰Mn：99.5％以上；铁Fe：99.5％以上。

然后，以热等静压方式，将制得预烧结坯料垂直放立在热等静压炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立，保证预烧结坯料的最小变形，炉腔充入保护气氩气以每14℃/min速率升温至1208℃，在升温的同时2MPa/min施加压力至180MPa，并保持45min，对预烧结坯料进行烧结处理，再随炉冷却降压至常温常压，制得合金螺杆坯体；

具体实施例5：

首先，根据待制作合金螺杆的长度需要选取含碳量低于0.25％且壁厚为直径7mm的管材作为模具的管套1，优选低碳钢，加工管材内孔，并于管套1内侧面两端口处形成60°倒角，接着，加工一无孔堵头4和一中心开设有直径5mm通孔31的带孔堵头3，两者高度均为4mm，且均于其中一端形成与60°倒角斜面相配合的倒角，带孔堵头3和无孔堵头4的另一端还形成有垂直面，垂直面的高度为1mm，下一步，制作具有芯杆21和芯柄22的芯棒2，芯杆21的前端面呈圆弧形，以避免压制预烧结坯料时，芯杆21的径向收缩，保证合金螺杆的良品率，芯杆21、芯柄22的长度分别与待制作螺杆的螺纹有效长度、尾部光圆长度相一致，芯杆21的直径小于芯柄22直径的20mm以上，制作出如图2所示的相应模具各组件，其中，各倒角斜面在设置到管套1时，与管套1的60°倒角斜面紧密配合，各该垂直面在设置到管套1时，与对应的60°倒角斜面间形成如图3所示的焊缝a，芯柄22的直径大小与管套1内孔的大小紧密配合，模具组装完毕时，带孔堵头3与芯杆21前端面的距离为10mm。

钼Mo：60％；硼化铁FeB：40％；铬Cr：20％；镍Ni：30％；锰Mn：7％；碳C：1％；铁Fe：余量，其中，各原料粉末的粉度为：钼Mo：10μm；硼化铁FeB：45μm；铬Cr：45μm；镍Ni：10μm；锰Mn：45μm；铁Fe：10μm，各原料粉末的纯度为：钼Mo：99.8％以上；硼化铁FeB：99.7％以上；铬Cr：99.8％以上；镍Ni：99.5％以上；锰Mn：99.5％以上；铁Fe：99.5％以上。

接着，将芯棒2差设到管套1中，并以无孔堵头4连接到芯柄22的对应端，并于无孔堵头4与管套1间的焊缝a处，以保护气氩气将无孔堵头4和管套1焊接封口，再将制成的初始粉末由未封口端填满到空置的模具型腔，并以冷等静压方式充分压实，再将带孔堵头3连接到管套1未封口端，于带孔堵头3与管套1间的焊缝a处，以保护气氩气将带孔堵头3和管套1焊接封口，进一步，由带孔堵头3的通孔31对模具型腔预抽真空，使模具型腔中达到1.0×10^-3Pa的真空度，再封闭通孔31，使模具型腔形成密封且较高的真空状态，进而制得预烧结坯料。

然后，以真空炉烧结方式，将制得预烧结坯料垂直放立在真空炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立，保证预烧结坯料的最小变形，炉腔充入保护气氩气以每20℃/min速率升温至1280℃，在升温的同时3.5MPa/min施加压力至200MPa，并保持120min，对预烧结坯料进行烧结处理，再随炉冷却降压至常温常压，制得合金螺杆坯体；

其中，低碳钢(low carbon steel)，碳含量低于0.25％的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。含碳量从0.10％至0.30％低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用于制造链条，铆钉，螺栓，轴等。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良，其退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此，其冷成形性良好，可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。

钢材的焊接性是由材料的碳当量[CE，carbon equivalent，是指把钢中合金元素的含量按其对某种性能(如焊接性、铸造工艺性等)的作用换算成碳的相当含量。]来决定的，碳当量小于0.45，可焊性很好，碳当量在0.45与0.6之间，有条件焊接，比如低温余热，或多层多道焊，碳当量大于0.6时，冷裂纹的敏感性将增大，焊接时需要采取预热、后热及用低氢型焊接材料施焊等一系列工艺措施。

碳钢是以铁元素为基础的，铁碳合金，碳为合金元素，其碳的质量分数不超过1％，此外，锰的质量分数不超过1.2％，硅的质量分数不超过0.5％，后两者皆不作为合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内，更不作为合金元素。杂质元素如S、P、0、N等，根据钢材品种和等级的不同，均有严格限制。因此，碳钢的焊接性主要取决于含碳量，随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差，具体如表1所示：

表1碳钢焊接性与含碳量的关系

可见，低碳钢的焊接性最好，能更好地保证套管1与带孔堵头3、无孔堵头4间的焊接效果。

其中，保护气主要是防止被保护的物质不被空气中的氧气氧化，保护气必须是化学性质稳定，且不易与保护物发生化学反应的气体，一般是在反应装置里通惰性气体(即稀有气体)或不和反应物反应的气体，如：氦、氖、氩、氪、氙、氡等。工艺中使用保护气，以保证反应顺利进行，不被空气当中的水，氧气干扰，还能保证一些反应不会被空气引起反应过快或者保护反应不会出现意外。

根据上述合金螺杆材料的配置要求，制得如下表2：

表2

以下结合实际，对表2做进一步解释：

首先，合金螺杆材料成份中的钼Mo、硼化铁FeB、铁Fe元素的加入，是形成陶瓷硬质相的基本元素，此中合金螺杆材料的硬度特性主要是由陶瓷硬质相生成的多少来决定的，实验证明：当加入钼Mo的含量为20％、硼化铁FeB含量为10％时，所得材料的硬度最低，即陶瓷硬质相生成含量最少为35％以下，当加入钼Mo的含量为50％以上、硼化铁FeB含量为40％时，所得材料的陶瓷硬质相生成含量为80％以上，硬度最高，材料特性太脆，无直接使用性能，故钼Mo、硼化铁FeB的含量应控制在上述范围之内；其中，铁Fe元素的加入，主要以铁基粘结相的结构存在于材料体系中，并与其他Cr、Ni元素形成综合性能优越的铬镍不锈钢铁基粘结相，但其不参与陶瓷硬直相的生成。

其次，成分中的铬Cr、镍Ni、碳C元素的加入，使材料具有较好的硬度和强度，且对铁基粘结相起到显著的合金强化作用，提高了粘结相的硬度，又进一步提高的材料的强度。实验证明，当铬Cr的含量为5％、镍Ni的含量为2％、碳C的含量为0.1％时，所起的强化作用不明显；当铬Cr的含量为20％、镍Ni的含量为30％、碳C的含量为1％时，则出现了明显的脆性倾向，故铬Cr、镍Ni、碳C的含量控制在上述范围之内，制得的材料强度最佳。

特别说明的是，通过实验测试观察可知：材料中锰Mn元素的加入，明显改变了材料的显微组织，特别是陶瓷硬质相的晶粒增大，可见，锰Mn元素的加入，改善了材料的强度和硬度，具有增大材料强度和硬度的作用；实验证明，当锰Mn含量小于1％时，材料不能获得机械性能的充分改善；当锰Mn含量超过7％时，陶瓷硬质相组织粗化，横向断裂强度和断裂韧性降低，机械性能得到改善，锰Mn的含量控制在上述范围，可获得机械性能符合实际需要的材料；而且，加入锰Mn之后，材料获得的烧结范围扩大。因此，为了改善机械性能，需加入在材料中加入Mn，并将Mn的含量控制在1～7％之间。

紧接着，结合耐磨、耐腐蚀性能实验，对上述各具体实施例所制得的合金螺杆性能做进一步说明：

首先，将取合金螺杆的硼化物试样，进行耐磨性能测试，其各测试结果如下：

①在不同转速下进行YG6磨环，实验载荷100N，硼化物试样对应的平均摩擦系数如表3：

表3

②在不同转速下进行YG6磨环，实验载荷100N，与硬质合金YG8相比，硼化物试样对应的磨损失重如表4：

表4

③不同摩擦配副下，以实验载荷100N，转速800r/min对硼化物试样进行测试，其平均摩擦系数如表5：

	与YG6配副的摩擦系数	与45#钢配副的摩擦系数
			硼化物试样	0.40	0.55

表5

④不同摩擦配副下，以实验载荷100N，转速800r/min对硼化物试样进行测试，其磨损失重(与硬质合金YG8相比)如表6：

表6

由上述实验测试数据可见，通过本发明所揭示的合金螺杆的生产工艺制成的合金螺杆材料的耐磨性仅次于硬质合金。

接着，将取合金螺杆的硼化物试样与钢基体材料，进行不同条件的耐腐蚀性能的测试对比，其各测试结果如下：

①在室温条件下，将硼化物试样与钢基体材料分别在65％硝酸中腐蚀65h的情况对比如表7：

表7

②在室温条件下，将硼化物试样与钢基体材料分别在硝酸-氢氟酸(按照“GB/T4334.4-2000”《不锈钢硝酸-氢氟酸腐蚀试验方法》配置10％硝酸、3％氢氟酸腐蚀溶液)中，腐蚀24h的情况对比如表8：

表8

③在室温条件下，将硼化物试样与钢基体材料分别在硫酸-硫酸铜溶液(按照“GB/T4334.5-2000”《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》配置硫酸-硫酸铜腐蚀溶液)中，腐蚀30h的情况对比如表9：

表9

④在室温条件下，将硼化物试样与钢基体材料分别在5％硫酸中腐蚀65h的情况对比如表10：

表10

⑤将硼化物试样与钢基体材料分别在天然海水中腐蚀60h的情况对比如表11：

表11

由上述实验测试数据可见，通过本发明所揭示的合金螺杆的生产工艺制成的合金螺杆材料的耐腐蚀性相当于不锈钢或优于不锈钢。

本发明所揭示的一种合金螺杆材料及其螺杆是生产工艺，在材料方面，通过对合金螺杆材料中各原料配比的控制，以保证制作出来的材料的强度和硬度，于材料中加入含锰的原料粉末，以进一步提高材料的强度和硬度，同时，还扩大了材料的烧结温度范围；该合金螺杆材料硬度高，硬度高达HRC64～69，高温性能优异，可工作温度为300～800℃，抗弯强度高达486.74～1128.39MPa，密度为7.8～8.2×10³Kg/m³，密度和钢体接近，断裂韧性高，耐磨性优异(如表3～6所示)，耐腐蚀性能优良(如表7～11所示)，工艺方面，通过在生产工艺中运用了热等静压工艺技术，使得材料成型更为稳定，大大提高了制成合金螺杆坯体的成功率，保证了注塑螺杆生产过程中的长期稳定性，保证了螺杆在恶劣的程序工况下，使用寿命大大超过现有各种螺杆的使用寿命。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定，故在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本发明申请专利的保护范围内。

Claims

1.一种合金螺杆材料，其特征在于：所述合金螺杆材料按以下原料粉末的质量分数比配比而成：

2.根据权利要求1所述的合金螺杆材料，其特征在于：所述各原料粉末的粉度如下：

3.根据权利要求1所述的合金螺杆材料，其特征在于：所述各原料粉末的纯度如下：

4.一种以权利要求1～3任一项所述合金螺杆材料制作合金螺杆的生产工艺，其特征在于，该生产工艺步骤如下：

5)正火处理：对制得的合金螺杆坯体进行1-2次的正火处理；

5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述管套的含碳量低于0.25％，管套内侧面两端口处形成60°倒角，管套的壁厚为直径5～7mm，设在管套对应端的带孔堵头和无孔堵头内端面边缘亦形成倒角，带孔堵头、无孔堵头的倒角斜面与管套的60°倒角斜面紧密配合，带孔堵头和无孔堵头的上端还形成有垂直面，各该垂直面与对应的60°倒角斜面间形成焊缝，在制作预烧结坯料时，仅需将设置有芯棒的管套两端的带孔堵头和无孔堵头以保护气于对应焊缝处焊接封管，再配合带孔堵头的通孔对模具型腔进行抽真空处理后，封闭通孔，形成密封真空状态，型腔中的真空度为1.0×10^-2～1.0×10^-3Pa，其中，带孔堵头和无孔堵头的高度为3～4mm，垂直面的高度为1mm，带孔堵头的通孔直径为1.5～5mm。

6.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述芯棒由芯杆和芯柄组成，芯杆、芯柄的长度分别与待制作螺杆的螺纹有效长度、尾部光圆长度相一致，芯杆的直径小于芯柄直径的6～20mm以上，其中，带孔堵头与芯杆的距离为5～10mm，芯杆的前端面呈圆弧形，芯柄的直径大小与管套内孔的大小紧密配合。

7.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：在配置所述初始粉末时，按组分将各原料粉末以球磨方式在保护气中混合12～24h，使原料粉末混合均匀，其中的球磨方式采用球磨罐配合硬质合金球。

8.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：在制作所述预烧结坯料时，以模压或冷等静压方式将填充于模具型腔中的初始粉末充分压实。

9.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：在制作所述合金螺杆坯体时，可采用热等静压方式，将预烧结坯料垂直放立在热等静压炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立，或采用真空炉烧结方式，将预烧结坯料垂直放立在真空炉的炉腔，并以高温砂将预烧结坯料固定直立。

10.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：在制作所述合金螺杆坯体时，将填充并保持内部真空的模具置于保护气中，以每5～20℃/min的速率升温至1090～1280℃，在升温的同时0.5～3.5MPa/mi n施加压力至100～200MPa，并保持30～120min，再随炉冷却降压至常温常压。