CN104962827A

CN104962827A - 一种环形接头及其加工方法

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Publication number: CN104962827A
Application number: CN201510243809.1A
Authority: CN
Inventors: 徐静壮; 徐璐; 阳亮环; 吴兴良; 范孝理
Original assignee: NINGBO HUITONG MACHINE CONNECTTION PARTS CO Ltd
Current assignee: NINGBO HUITONG MACHINE CONNECTTION PARTS CO Ltd
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2015-10-07

Abstract

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。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％-0.008％；Nb：0.005％-0.01％；Cr≤0.20％；S≤0.025％；P≤0.025％；其余为Fe。还公开了环形接头的加工方法，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，然后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、烘干得到环形接头成品。本发明环形接头显著提高其强度、耐蚀性，进而显著延长其使用寿命长。

Description

一种环形接头及其加工方法

技术领域

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

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

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。

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％-0.008％；Nb：0.005％-0.01％；Cr≤0.20％；S≤0.025％；P≤0.025％；其余为Fe。

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≤0.035％，S≤0.035％，Ni≤0.30％，Cr≤0.25％，Cu≤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。

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％-0.008％；Nb：0.005％-0.008％；Cr≤0.20％；S≤0.025％；P≤0.025％；其余为Fe。

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：

(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℃，保温1-2h，炉冷，回火温度为540-580℃，保温1-2h，空冷；

(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。

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。

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。

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。

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1-5℃/min。

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。

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℃，阴极电流密度为2-6A/dm²。

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。

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

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。

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。

实施例2：一种环形接头，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：0.18％；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。

实施例3：一种环形接头，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：0.20％；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。

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。

实施例5：一种环形接头，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：0.23％；Si：0.17％；Mn：0.75％；Ni：0.03％；Cu：0.20％；Ti：0.005％；0.01％；Cr≤0.20％；S≤0.025％；P≤0.025％；其余为Fe。

方法实施例6

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：

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℃，保温1.5h，以2℃/min的冷却速度炉冷，炉冷至室温后进行回火，回火温度为560℃，保温1.5h，空冷至室温；

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℃，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，其中钼酸或钼酸盐以Mo计为5.6g/L。

方法实施例7

实施例2所述环形接头的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：

热处理：将实施例2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1130℃，保温1.5h，以4℃/min的冷却速度炉冷，炉冷至室温后进行回火，回火温度为550℃，保温1.5h，空冷至室温；

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10g/L，氢氧化钠105g/L，硫酸镍12g/L，乙二胺18g/L，硼酸14g/L，氯化铵115g/L，明胶1.0g/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22℃，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，其中钼酸或钼酸盐以Mo计为7.8g/L。

方法实施例8

实施例3所述环形接头的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：

热处理：将实施例3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1150℃，保温1h，以2℃/min的冷却速度炉冷，炉冷至室温后进行回火，回火温度为555℃，保温1h，空冷至室温；

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115g/L，硫酸镍18g/L，乙二胺22g/L，硼酸15g/L，氯化铵105g/L，明胶0.6g/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18℃，阴极电流密度为6A/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，其中钼酸或钼酸盐以Mo计为4.8g/L。

方法实施例9

实施例4所述环形接头的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：

热处理：将实施例4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1160℃，保温1h，以5℃/min的冷却速度炉冷，炉冷至室温后进行回火，回火温度为540℃，保温2h，空冷至室温；

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15g/L，氢氧化钠100g/L，硫酸镍20g/L，乙二胺15g/L，硼酸16g/L，氯化铵100g/L，明胶1.2g/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15℃，阴极电流密度为6A/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，其中钼酸或钼酸盐以Mo计为3.2g/L。

方法实施例10

实施例5所述环形接头的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：

热处理：将实施例5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1100℃，保温2h，以1℃/min的冷却速度炉冷，炉冷至室温后进行回火，回火温度为580℃，保温1h，空冷至室温；

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6g/L，氢氧化钠120g/L，硫酸镍5g/L，乙二胺25g/L，硼酸8g/L，氯化铵120g/L，明胶0.5g/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25℃，阴极电流密度为2A/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，其中钼酸或钼酸盐以Mo计为9.6g/L。

对实施例6-10制得的环形接头进行检测，其抗拉强度σb、硬度HRC、表面硬度HRC、和韧性(冲击吸收功Akv)的检测结果如表1所示：

表1：实施例6-10的环形接头及现有技术中用20号钢通过普通加工方法制得的环形接头的性能测试结果

从表1可以看出，本发明的环形接头强度、硬度、耐蚀性都好，极大地提高了其使用寿命。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种环形接头，其特征在于，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％-0.008％；Nb：0.005％-0.01％；Cr≤0.20％；S≤0.025％；P≤0.025％；其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的环形接头，其特征在于，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％-0.008％；Nb：0.005％-0.008％；Cr≤0.20％；S≤0.025％；P≤0.025％；其余为Fe。

3.一种环形接头的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：

(1)、热处理：将如权利要求1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1100-1160℃，保温1-2h，炉冷，回火温度为540-580℃，保温1-2h，空冷；

4.根据权利要求3所述环形接头的加工方法，其特征在于，步骤(1)中所述炉冷的冷却速度为1-5℃/min。

5.根据权利要求3所述环形接头的加工方法，其特征在于，步骤(2)中电镀锌镍合金所用的电镀液包括氧化锌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。

6.根据权利要求3所述环形接头的加工方法，其特征在于，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℃，阴极电流密度为2-6A/dm²。

7.根据权利要求3所述环形接头的加工方法，其特征在于，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。