CN105002423A

CN105002423A - 一种耐低温真空螺丝的制造方法

Info

Publication number: CN105002423A
Application number: CN201510454331.7A
Authority: CN
Inventors: 江邦寿
Original assignee: CHUZHOU HAOYU SLIDING BEARINGS Ltd
Current assignee: CHUZHOU HAOYU SLIDING BEARINGS Ltd
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2015-10-28

Abstract

本发明提供一种耐低温真空螺丝的制造方法，方法为：设备烘干、预热除湿、熔炼原料、精炼、铸造、螺纹加工以及表面处理；铸造步骤为不等压铸造，预先制作真空螺丝模具，将熔炼获得的合金液注入真空螺丝模具中进行压力变化的铸造。本发明选用特殊的成分配比，并采用在中轴处预留穿孔的不等压铸造方式，铸造加工更为方便；铸造过程中通过除氢减少铸件内部气体含量、降低气孔缩孔出现概率，使得真空螺丝铸件疏松显著降低，组织更为致密，力学性能显著提高；表面还采用聚偏二氟乙烯进行镀膜，具有优良的耐磨性、柔韧性以及耐冲击强度，大大降低了由于低温导致脆性提高带来的负面影响。

Description

一种耐低温真空螺丝的制造方法

技术领域

本发明属于紧固件制造技术领域，具体涉及一种耐低温真空螺丝的制造方法。

背景技术

真空螺丝又称排气螺丝，是用于真空系统中的螺丝。其外形与普通螺丝几乎一样，差别在于真空螺丝中轴从头至尾有一个贯穿的孔。在真空系统设备中，螺丝孔一端是封闭的，当螺丝锁入时，会有空气被“关”在螺丝尾端以及螺丝孔底端之间（即盲孔）；如用普通螺丝，当系统抽真空时，这些被“关”住的空气，会因为螺丝的阻挡而不会被迅速抽走，反而会在抽真空后从螺纹槽缝隙中缓慢排出，对真空系统造成影响甚至污染，使系统真空无法达到目标值。如果采用真空螺丝，盲孔内的气体会从螺丝中央贯穿的孔被快速抽走，让系统真空达到目标值。因此真空螺丝是真空系统设备中至关重要的部件之一。

现有的真空螺丝大多采用先浇注螺丝本体，再通过打孔装置在其中轴进行贯穿钻孔。采用此种方法进行铸造时，会出现卷入空气以及熔融金属浇铸不足等情况，获得的真空螺丝内部往往容易出现气孔、缩孔等缺陷问题。并且对其中轴进行钻孔时，一旦偏离中轴即可能导致真空螺丝的产品质量降低，甚至整个真空系统设备的运行故障，并且容易导致真空螺丝损坏，提高生产成本。尤其当真空螺丝用于低温系统设备中，其耐低温性能更是决定整个低温系统设备能否高效稳定运行的一个重要保障。

因此，针对以上存在的问题研制出一种制造耐低温真空螺丝的方法，使得制造出的真空螺丝中气孔、缩孔出现概率降至最低，同时能够保证在低温环境下保持高效稳定运行是本领域技术人员所急需解决的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种耐低温真空螺丝的制造方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耐低温真空螺丝的制造方法，方法为：设备烘干、预热除湿、熔炼原料、精炼、铸造、螺纹加工以及表面处理；铸造步骤为不等压铸造，预先制作真空螺丝模具，将熔炼获得的合金液注入真空螺丝模具中进行压力变化的铸造。

具体方法为：

（1）设备烘干：除去熔炼设备表面可能含有的涂料以及锈迹，将其升温至300-350℃后，在其表面均匀喷涂一层保护涂料；将温度按照不高于25℃/min的速度升温至450-650℃，并保温0.5-1h烘干至发黄备用；

（2）预热除湿：对熔炼过程中使用到的添加剂升温至100-150℃并保温20-30min，进行充分脱水烘干；

（3）熔炼原料：按照给定的成分重量配比进行配料，作为合金原料加入感应熔炼炉中，并升温至1500-1600℃；待其完全熔化后向其中加入15-25%的添加剂，形成合金液；并向炉中充入惰性气体防止合金液吸入氢气；

（4）精炼：采用旋转除气法减少合金液中的气体含量，并对合金液进行脱氧、脱硫处理；

（5）铸造：将步骤（4）中的合金液注入铸造保温坩埚，设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.9-1.15Mpa，同步压力为0.75-0.85Mpa，升液速度为60-68mm/s，充型速度为55-72mm/s，增压速度为97-108mm/s，结晶增压压力为0.007-0.017 Mpa；

注入模具，进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.13-0.16Mpa，充型压力为0.13-0.16Mpa，下工作罐内的坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为5-10min；

之后将合金液平稳注入模具中，并在不等压作用下凝固结晶形成螺丝本体铸件；结晶时长为15-25s，保压时间为85-110s，最后卸压取出，获得螺丝本体；

（6）螺纹加工：根据需要对螺丝本体进行车螺纹，得到真空螺丝；

（7）使用镀膜材料在步骤（6）中获得的真空螺丝的表面进行镀膜。

作为优选，步骤（3）中的合金原料的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：C：0.5-1.5%、Mn：1.5-2%、Nb：0.5-2.5%、Ti：0.5-2%、Si：5-10%、V：0.1-0.25%，其余为Fe。

作为优选，步骤（7）中的镀膜材料为聚偏二氟乙烯。

作为优选，步骤（2）与步骤（3）中的添加剂都为含65%Cr的工业用Cr添加剂。

作为优选，步骤（3）中的惰性气体为氮气、氦气或者氩气。

本发明中真空螺丝采用C：0.5-1.5%、Mn：1.5-2%、Nb：0.5-2.5%、Ti：0.5-2%、Si：5-10%、V：0.1-0.25%，其余为Fe的组成成分；C能够提高冲击韧性，但含碳量过高也容易造成缺陷，因此C的质量百分比不宜过高，控制在0.5-1.5%为宜；Mn可以提高珠光体含量，进而提高抗拉强度，但当含量过高时容易产生偏析，降低真空螺丝的塑性以及韧性，因此将Mn的质量百分比控制在1.5-2%；少量的Nb能够使真空螺丝本体晶粒细化，降低其过热敏感性，提高强度和抗蚀性；降入少量的Ti能够显著降低真空螺丝的脆性；Si在贝氏体转变过程中具有强烈抑制碳化物析出的特点，并稳定和细化奥氏体，增加C与Mn的偏聚，充分提高真空螺丝的淬透性以及抗冲击韧性；而微量的V能够赋予真空螺丝一些特殊机能，如提高其条件屈服强度。

本发明与现有技术相比，螺丝本体选用特殊的成分配比，并采用在中轴处预留穿孔的不等压铸造方式，取代了原先的钻孔操作，铸造加工更为方便；并且在铸造过程中通过除氢减少铸件内部气体含量、降低气孔缩孔出现概率，使得真空螺丝铸件疏松显著降低，组织更为致密，力学性能显著提高；并且真空螺丝的表面采用聚偏二氟乙烯进行镀膜，具有优良的耐磨性、柔韧性以及耐冲击强度，大大降低了由于低温导致脆性提高带来的负面影响。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

具体方法为：

（1）设备烘干：除去熔炼设备表面可能含有的涂料以及锈迹，将其升温至300℃后，在其表面均匀喷涂一层保护涂料；将温度按照25℃/min的速度升温至450℃，并保温0.5h烘干至发黄备用；

（2）预热除湿：对熔炼过程中使用到的添加剂升温至100℃并保温20min，进行充分脱水烘干；

（3）熔炼原料：按照组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：C：0.5%、Mn：1.5%、Nb：1%、Ti：1%、Si：7%、V：0.25%，其余为Fe的成分配比进行配料，作为合金原料加入感应熔炼炉中，并升温至1500℃；待其完全熔化后向其中加入25%的含65%Cr的工业用Cr添加剂，形成合金液；并向炉中充入氮气防止合金液吸入氢气；

（5）铸造：将步骤（4）中的合金液注入铸造保温坩埚，设定不等压铸造工艺参数：气源压力为0.9Mpa，同步压力为0.75Mpa，升液速度为68mm/s，充型速度为72mm/s，增压速度为105mm/s，结晶增压压力为0.008 Mpa；

注入模具，进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.13Mpa，充型压力为0.13Mpa，下工作罐内的坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为5min；

之后将合金液平稳注入模具中，并在不等压作用下凝固结晶形成螺丝本体铸件；结晶时长为15s，保压时间为85s，最后卸压取出，获得螺丝本体；

（7）使用聚偏二氟乙烯在步骤（6）中获得的真空螺丝的表面进行镀膜。

通过上述步骤获得的耐低温真空螺丝，组织均匀、晶粒尺寸小，并且在-100℃的环境下通过测试得出其具有良好的力学性能，具体如下表所示：

	抗拉强度（σb/MPa）	条件屈服强度（σ0.2/MPa）	延伸率（δ/%）
				现有方法	300	180	3
本发明方法	400	205	4
				提高率	33.3%	13.9%	33.3

实施例2：

具体方法为：

（1）设备烘干：除去熔炼设备表面可能含有的涂料以及锈迹，将其升温至330℃后，在其表面均匀喷涂一层保护涂料；将温度按照22℃/min的速度升温至550℃，并保温0.7h烘干至发黄备用；

（2）预热除湿：对熔炼过程中使用到的添加剂升温至125℃并保温25min，进行充分脱水烘干；

（3）熔炼原料：按照组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：C：0.5%、Mn：2%、Nb：1.5%、Ti：2%、Si：10%、V：0.1%，其余为Fe的成分配比进行配料，作为合金原料加入感应熔炼炉中，并升温至1600℃；待其完全熔化后向其中加入25%的含65%Cr的工业用Cr添加剂，形成合金液；并向炉中充入氦气防止合金液吸入氢气；

（5）铸造：将步骤（4）中的合金液注入铸造保温坩埚，设定不等压铸造工艺参数：气源压力为1.15Mpa，同步压力为0.85Mpa，升液速度为60mm/s，充型速度为58mm/s，增压速度为97mm/s，结晶增压压力为0.015Mpa；

注入模具，进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.16Mpa，充型压力为0.16Mpa，下工作罐内的坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为7min；

之后将合金液平稳注入模具中，并在不等压作用下凝固结晶形成螺丝本体铸件；结晶时长为20s，保压时间为100s，最后卸压取出，获得螺丝本体；

	抗拉强度（σb/MPa）	条件屈服强度（σ0.2/MPa）	延伸率（δ/%）
				现有方法	300	180	3
本发明方法	440	218	5
				提高率	46.7%	21.1%	66.8

实施例3：

具体方法为：

（1）设备烘干：除去熔炼设备表面可能含有的涂料以及锈迹，将其升温至350℃后，在其表面均匀喷涂一层保护涂料；将温度按照20℃/min的速度升温至650℃，并保温1h烘干至发黄备用；

（2）预热除湿：对熔炼过程中使用到的添加剂升温至150℃并保温30min，进行充分脱水烘干；

（3）熔炼原料：按照组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：C：1.%、Mn：1.7%、Nb：0.5%、Ti：1%、Si：8%、V：0.2%，其余为Fe的成分配比进行配料，作为合金原料加入感应熔炼炉中，并升温至1600℃；待其完全熔化后向其中加入18%的含65%Cr的工业用Cr添加剂，形成合金液；并向炉中充入氩气防止合金液吸入氢气；

（5）铸造：将步骤（4）中的合金液注入铸造保温坩埚，设定不等压铸造工艺参数：气源压力为1.1Mpa，同步压力为0.8Mpa，升液速度为60mm/s，充型速度为55mm/s，增压速度为100mm/s，结晶增压压力为0.01Mpa；

注入模具，进行不等压铸造的升液、充型、保压、卸压；向模具型腔和保温坩埚同时通入压缩空气，调节升液压力为0.15Mpa，充型压力为0.15Mpa，下工作罐内的坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度增压；当上下工作罐的压力差达到0.05Mpa时进行保压，保压时间为10min；

之后将合金液平稳注入模具中，并在不等压作用下凝固结晶形成螺丝本体铸件；结晶时长为25s，保压时间为110s，最后卸压取出，获得螺丝本体；

	抗拉强度（σb/MPa）	条件屈服强度（σ0.2/MPa）	延伸率（δ/%）
				现有方法	300	180	3
本发明方法	465	225	6
				提高率	55%	25%	100

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种耐低温真空螺丝的制造方法，其特征在于：方法为：设备烘干、预热除湿、熔炼原料、精炼、铸造、螺纹加工以及表面处理；所述铸造步骤为不等压铸造，预先制作真空螺丝模具，将熔炼获得的合金液注入真空螺丝模具中进行压力变化的铸造。

2.根据权利要求1所述的一种耐低温真空螺丝的制造方法，其特征在于：具体方法为：

3.根据权利要求2所述的一种耐低温真空螺丝的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中的合金原料的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：C：0.5-1.5%、Mn：1.5-2%、Nb：0.5-2.5%、Ti：0.5-2%、Si：5-10%、V：0.1-0.25%，其余为Fe。

4.根据权利要求2所述的一种耐低温真空螺丝的制造方法，其特征在于：所述步骤（7）中的镀膜材料为聚偏二氟乙烯。

5.根据权利要求2所述的一种耐低温真空螺丝的制造方法，其特征在于：所述步骤（2）与步骤（3）中的添加剂都为含65%Cr的工业用Cr添加剂。

6.根据权利要求2所述的一种耐低温真空螺丝的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中的惰性气体为氮气、氦气或者氩气。