CN107956942B - 一种机械套筒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机械套筒，包括：接头、螺帽、波纹管和密封环，接头设置有前安装孔和后安装孔，螺帽上具有通孔和螺纹孔，通孔与螺纹孔之间形成抵触端面，接头与螺纹孔螺接，波纹管穿过通孔、螺纹孔和后安装孔，密封环设置在螺纹孔内，密封环的一端与接头的端部抵触连接另一端对应抵触端面；所述接头由合金钢制成，所述合金钢包括以下质量百分比的组分：0.30～0.42％C、0.17～0.37％Si、0.30～0.40％Mn、0.4～0.65％Cr、0.5～0.7％Ni、0.3～0.25％Cu、0.2～0.35％VC、0.5～0.8％Ti3N4、0～0.02％P、0～0.02％S，余量为Fe。本发明的有益效果为：使用时比较方便，与波纹软管和硬性管件的连接可靠性较好，不容易脱落。

Description

一种机械套筒及其制备方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种机械套筒及其制备方法。
背景技术
在燃气管道连接时，需要将两个燃气输送管件连接起来，更确切的说，燃气输送时需要在波纹软管和硬性管件(如金属管)之间进行传输，由于波纹软管不能直接与硬性管件连接，此时就需要用到机械套筒将两者连接起来。
在现有技术中，用于连接波纹软管和硬性管件的套筒，其使用时不方便，与波纹软管和硬性管件的连接可靠性不够，容易脱落，所以具有一定的改进空间。其中，机械套筒的接头是连接不同部件的重要结构，现有机械套筒的接头多采用45号钢制成，然而45号钢虽然综合性能较好，但是淬透性低，水淬时易生裂纹，热处理性能不够高，热处理后一般要放置15～20天才能使用，因为要进行时效处理，使钢的性能稳定下来。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种结构稳定、性能优良的机械套筒。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种机械套筒，包括：接头、螺帽、波纹管以及密封环，所述接头设置有前安装孔以及与所述前安装孔连通的后安装孔，所述接头上设置有外螺纹，所述螺帽上具有通孔以及内径比所述通孔大的螺纹孔，并且所述通孔与螺纹孔之间形成有抵触端面，所述接头通过所述外螺纹与所述螺纹孔螺接，所述波纹管穿过所述通孔、所述螺纹孔以及所述后安装孔，所述密封环设置在所述螺纹孔内，且所述密封环的一端与所述接头的端部抵触连接另一端对应所述抵触端面。
作为优选，所述接头由合金钢制成，所述合金钢包括以下质量百分比的组分：0.30～0.42％C、0.17～0.37％Si、0.30～0.40％Mn、0.4～0.65％Cr、0.5～0.7％Ni、0.3～0.25％Cu、0.2～0.35％VC、0.5～0.8％Ti3N4、0～0.02％P、0～0.02％S，余量为Fe。
本发明在45号钢的基础上，提高了Cr、Ni、Cu的含量，降低了C和Mn的含量，添加了0.2～0.35％的VC和0.5～0.8％的Ti3N4，显著提高了接头的强度、韧性、抗冲击能力和耐磨性能。其中，本发明将Cr的含量由45号钢的0～0.35％提高到了0.4～0.65％，显著提高了合金钢的淬透性，并且提高了合金钢的硬度和耐磨性，提高钢的脆性转变温度而使其不易变脆，但含量过高会增加合金钢的回火脆性倾向。将Ni的含量由45号钢的0～0.25％提高到0.5～0.7％，在保持良好塑性和韧性的前提下，有效提高了合金钢的强度和耐腐蚀能力,并且适量的Ni能与Fe生成耐热相，从而提高合金钢的高温耐热能力，但是过多的耐热相容易形成粗大的晶粒造成对合金钢基体的撕裂作用，从而降低合金钢的力学性能，因此必须控制Ni的含量。本发明将Cu的含量由45号钢的0～0.25％提高到了0.3～0.45％，能够提高合金钢的强度、韧性和耐腐蚀性，含量过多容易造成热处理时的开裂倾向。本发明降低了Mn的含量，避免过多的Mn易与其它元素形成过大硬质点，降低合金钢的力学性能和导热性。同时减低了C的含量，降低了合金钢的脆性。本发明在合金钢中添加了适量的VC和Ti3N4，有效提高了合金钢的强度、抗冲击性能、耐热、耐酸碱腐蚀性和耐磨性能；单一的Ti3N4添加后容易在导致其晶粒的异常生长，适量VC的加入能够抑制Ti3N4晶粒的异常生长，并与Ti3N4协同起到对合金钢的增强作用。
作为优选，所述通孔内设置有环形的内槽，所述内槽上设置有O型密封圈，所述O型密封圈与所述波纹管的外套管部分抵触连接。
作为优选，所述抵触端面上设置有定位环，所述定位环的内圈部分弯折设置，且所述定位环的外圈部分位于所述抵触端面与所述密封圈之间。
作为优选，所述后安装孔内设置有端面密封圈，所述端面密封圈的内环与所述波纹管抵触连接。
作为优选，所述密封环上设置有阻燃密封圈，所述阻燃密封圈与所述接头的端部抵触连接。
作为优选，所述前安装孔内设置有内螺纹。
作为优选，所述Mn与VC的总质量百分比为0.62～0.73％。
本发明将Mn与VC的总质量百分比控制在上述范围内，有助于进一步提高合金钢的淬透性，降低合金钢的应力腐蚀开裂敏感性，从而提高合金钢的力学性能。
作为优选，所述VC和Ti3N4以纳米粉的形式加入。
本发明采用纳米结构的VC和Ti3N4加入到合金钢中，提高了熔炼过程中VC、Ti3N4与合金钢熔液之间的润湿性和相容性，同时具有细化基体组织晶粒的作用。
作为优选，所述VC的粒径为20～50nm，所述Ti3N4的粒径为40～90nm。
本发明将VC和Ti3N4的粒径控制在上述范围内，能够形成特定的尺寸效应，提高合金钢的韧性和塑性，避免因VC和Ti3N4粒径过大易造成的合金钢的脆性；同时，具有不同粒径的VC和Ti3N4形成级配关系，在合金钢受到较大应力时能够将应力逐级衰减，从而提高合金钢的抗冲击性能。
作为优选，所述VC的粒径为38～45nm，所述Ti3N4的粒径为49～76nm。
本发明将本发明将VC和Ti3N4的粒径控制在上述范围内，有助于控制熔炼过程中合金熔液的流动性在合理范围内，提高可浇注性，降低浇注难度，并且有助于减少时效处理后放置的时间。
本发明的另一目的在于提供一种机械套筒的制备方法，包括以下步骤，
S1、将VC和Ti3N4原料粉体采用超声波处理3～6min；
S2、将除VC和Ti3N4以外的其它金属原料加热熔炼为合金熔液，加入超声波处理后的VC和Ti3N4原料粉体，搅拌均匀；
S3、将搅拌后的合金熔液浇注制成生坯，对生坯进行热处理，即得成品接头，将接头与其他配件组装制成机械套筒。
由于VC和Ti3N4原料粉体为纳米结构，粒径较小，活性高，容易团聚，不易分散，本发明在合金熔炼前对其进行超声处理，显著提高了其在合金熔液中的分散性，从而提高了搅拌效率，使得纳米粉体能够均匀分散在合金钢基体中。
作为优选，所述步骤S3中的热处理包括淬火、高温回火，所述淬火的过程为，将生坯加热至830～860℃，充入保压气体至压力为30～90MPa，保温30～50min，然后在盐水中快冷至室温。
本发明将在高温回火升温后充入气体在一定压力下进行保温，有效降低了接头变形的可能性，提高了接头的精准度。
作为优选，所述保压气体为Ar和乙醇的混合气体。
本发明在保温过程中引入Ar和乙醇的混合气体，有效降低了淬火时发生裂纹的可能性，提高了接头的整体性能及表面光洁度。
作为优选，所述高温回火的过程为，将淬火后的生坯重新加热至520～600℃，保温150～200min，然后降温至160～230℃，保温120～180min，最后自然降至室温。
本发明通过对制备接头的合金钢组分的合理配伍，减少了时效处理时间和时效处理后放置的时间，热处理结束后放置1～2天即可使用，无需放置15～20天。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、使用时比较方便，与波纹软管和硬性管件的连接可靠性较好，不容易脱落。
2、O型密封圈能够起到密封的效果，其与波纹管抵触连接后，不仅能够提高连接的可靠性，使波纹管与通孔连接的更加牢固，还能够起到密封作用，防止燃气泄露或者有杂物进入到通孔内。
3、在现有技术的基础上对接头的材质进行了改进，通过对接头材质组分的合理配伍，并通过特定的制备方法，显著提高了接头的强度、韧性、抗冲击能力和耐磨性能。
附图说明
图1为本发明的机械套筒的结构示意图；
图2为本发明的接头与螺帽的连接关系示意图。
图中，100、接头；110、前安装孔；111、内螺纹；120、后安装孔；121、端面密封圈；130、外螺纹；200、螺帽；210、通孔；211、内槽；212、O型密封圈；220、螺纹孔；230、抵触端面；231、定位环；300、波纹管；400、密封环；410、阻燃密封圈。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，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。
结构实施例
如图1、图2所示，一种机械套筒，包括：接头100、螺帽200、波纹管300以及密封环400，所述接头100设置有前安装孔110以及与所述前安装孔110连通的后安装孔120，其中，前安装孔110用于安装硬性管件，后安装孔120用于安装波纹管300。
所述接头100上设置有外螺纹130，所述螺帽200上具有通孔210以及内径比所述通孔210大的螺纹孔220，并且所述通孔210与螺纹孔220之间形成有抵触端面230，此处值得说明的是，通孔210与螺纹孔220形成了阶梯状结构，并且通孔210与螺纹孔220之间的过渡面就是抵触端面230。
所述接头100通过所述外螺纹130与所述螺纹孔220螺接，所述波纹管300穿过所述通孔210、所述螺纹孔220以及所述后安装孔120，所述密封环400设置在所述螺纹孔220内，且所述密封环400的一端与所述接头100的端部抵触连接另一端对应所述抵触端面230。
优选的，波纹管300包括了波纹软管以及外套管，波纹软管穿设在外套管内，其能够拉伸，并且，在实际的套筒中，是波纹软管部分穿设在通孔210、所述螺纹孔220以及所述后安装孔120内。
其中，由于接头100与螺帽200连接的方式，不仅拆卸方便，而且使用时也很可靠，接头100与螺帽200的受力点基本上是分布在外螺纹130处，所以即使受到弯折力，也不会影响波纹管300，并且密封环400的两端分别与接头100以及螺帽200抵触连接，且内侧与波纹管300抵触连接，所以紧固效果特别好，连接非常可靠。
优选的，在接头100与螺帽200的外周上，均凸起形成有环形的凸起部，凸起部上设置有用于增加摩擦力的花纹，在连接或者拆卸时，只需要按住两个凸起部，然后反方向施力，就能够使两者连接或者拆卸。
如图1、图2所示，在上述实施方式的基础上，所述通孔210内设置有环形的内槽211，所述内槽211上设置有O型密封圈212，所述O型密封圈212与所述波纹管300的外套管部分抵触连接。
O型密封圈212能够起到密封的效果，其与波纹管300抵触连接后，不仅能够提高连接的可靠性，使波纹管300与通孔210连接的更加牢固，还能够起到密封作用，防止燃气泄露或者有杂物进入到通孔210内。
如图1所示，在上述实施方式的基础上，所述抵触端面230上设置有定位环231，所述定位环231的内圈部分弯折设置，且所述定位环231的外圈部分位于所述抵触端面230与所述密封圈之间。
定位环231能够对波纹管300进行定位，并且，波纹管300的波纹软管部分正好位于定位环231的内圈部分，定位环231不仅能够紧紧抱住波纹管300，还能够限制波纹管300移动，并且其弯折结构具有一定的缓冲效果，即使波纹管300弯折，也不会与其硬性碰撞，所以不会损伤波纹管300，还能够对波纹管300进行定位，避免其移位。
如图1所示，在上述实施方式的基础上，所述后安装孔120内设置有端面密封圈121，所述端面密封圈121的内环与所述波纹管300抵触连接，更确切的说，是与波纹管300的接头处密封连接。
优选的，端面密封圈121位于后安装孔120的最前端，其对应波纹管300的端部，端面密封圈121能够密封住波纹管300的端部，其主要起到密封作用，避免燃气从波纹管300的接头处泄露，使波纹管300在后安装孔120内连接的更加可靠。
如图1所示，在上述实施方式的基础上，所述密封环400上设置有阻燃密封圈410，所述阻燃密封圈410与所述接头100的端部抵触连接。
此处值得说明的是，阻燃密封圈410能够起到阻燃密封性作用。
如图1所示，在上述实施方式的基础上，所述前安装孔110内设置有内螺纹111，内螺纹111用于与硬性管件连接。
总的来说，前安装孔110与硬性管件连接，后安装孔120与波纹管300连接，从而实现燃气的传递。
接头材质实施例
实施例1～5
实施例1～5的接头由合金钢制成，合金钢包括以下质量百分比的组分：0.30～0.42％C、0.17～0.37％Si、0.30～0.40％Mn、0.4～0.65％Cr、0.5～0.7％Ni、0.3～0.45％Cu、0.2～0.35％VC、0.5～0.8％Ti3N4、0～0.02％P、0～0.02％S，余量为Fe。
Mn与VC的总质量百分比为0.62～0.73％。
VC和Ti3N4以纳米粉的形式加入。VC的粒径为20～50nm，进一步优选为38～45nm，Ti3N4的粒径为40～90nm，进一步优选为49～76nm。
实施例1～5合金钢的配方如表1和表2所示。
表1：实施例1～5合金钢的组分及其质量百分比
表2：实施例1～5中VC和Ti3N4的粒径
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
VC/nm 20～30 30～37 38～45 38～45 40～50
Ti3N4/nm 40～60 49～70 55～76 66～80 76～90
制备方法实施例
实施例6
本实施例中机械套筒的制备方法，包括以下步骤，
(1)、按照实施例3中的原料配方进行配料，将VC和Ti3N4原料粉体采用超声波处理3min，超声波功率为500w；
(2)、将除VC和Ti3N4以外的其它金属原料加热熔炼为合金熔液，加入超声波处理后的VC和Ti3N4原料粉体，搅拌均匀；
(3)、将搅拌后的合金熔液浇注制成生坯，对生坯进行淬火、高温回火，即得成品接头，将接头与其他配件组装制成机械套筒；
淬火的过程为，将生坯加热至830℃，充入保压气体至压力为90MPa，保温50min，然后在盐水中快冷至室温，保压气体为Ar和乙醇的混合气体；
高温回火的过程为，将淬火后的生坯重新加热至520℃，保温200min，然后降温至160℃，保温180min，最后自然降至室温。
实施例7
本实施例中机械套筒的制备方法，包括以下步骤，
(1)、按照实施例3中的原料配方进行配料，将VC和Ti3N4原料粉体采用超声波处理4min，超声波功率为460w；
(2)、将除VC和Ti3N4以外的其它金属原料加热熔炼为合金熔液，加入超声波处理后的VC和Ti3N4原料粉体，搅拌均匀；
(3)、将搅拌后的合金熔液浇注制成生坯，对生坯进行淬火、高温回火，即得成品接头，将接头与其他配件组装制成机械套筒；
淬火的过程为，将生坯加热至840℃，充入保压气体至压力为70MPa，保温40min，然后在盐水中快冷至室温，保压气体为Ar和乙醇的混合气体；
高温回火的过程为，将淬火后的生坯重新加热至540℃，保温180min，然后降温至200℃，保温160min，最后自然降至室温。
实施例8
本实施例中机械套筒的制备方法，包括以下步骤，
(1)、按照实施例3中的原料配方进行配料，将VC和Ti3N4原料粉体采用超声波处理5min，超声波功率为450w；
(2)、将除VC和Ti3N4以外的其它金属原料加热熔炼为合金熔液，加入超声波处理后的VC和Ti3N4原料粉体，搅拌均匀；
(3)、将搅拌后的合金熔液浇注制成生坯，对生坯进行淬火、高温回火，即得成品接头，将接头与其他配件组装制成机械套筒；
淬火的过程为，将生坯加热至850℃，充入保压气体至压力为50MPa，保温40min，然后在盐水中快冷至室温，保压气体为Ar和乙醇的混合气体；
高温回火的过程为，将淬火后的生坯重新加热至570℃，保温160min，然后降温至180℃，保温130min，最后自然降至室温。
实施例9
本实施例中机械套筒的制备方法，包括以下步骤，
(1)、按照实施例3中的原料配方进行配料，将VC和Ti3N4原料粉体采用超声波处理6min，超声波功率为400w；
(2)、将除VC和Ti3N4以外的其它金属原料加热熔炼为合金熔液，加入超声波处理后的VC和Ti3N4原料粉体，搅拌均匀；
(3)、将搅拌后的合金熔液浇注制成生坯，对生坯进行淬火、高温回火，即得成品接头，将接头与其他配件组装制成机械套筒；
淬火的过程为，将生坯加热至860℃，充入保压气体至压力为30MPa，保温30min，然后在盐水中快冷至室温，保压气体为Ar和乙醇的混合气体；
高温回火的过程为，将淬火后的生坯重新加热至600℃，保温150min，然后降温至230℃，保温120min，最后自然降至室温。
实施例10～13
分别按照实施例1、2、4、5中的原料配方进行配料，按照实施例8的制备方法进行机械套筒的制备。
对比例1
制备接头的合金钢中添加了0.94％的VC，未添加Ti3N4，其他与实施例8相同。
对比例2
VC的粒径为51～80nm，Ti3N4的粒径为90～120nm，其他与实施例8相同。
对比例3
VC和Ti3N4原料粉体未采用超声波处理，直接加入到合金溶液中，其他与实施例8相同。
对比例4
淬火过程中未充入保压气体，其他与实施例8相同。
对比例5
淬火过程中充入的保压气体仅为Ar，其他与实施例8相同。
对比例6
市售普通机械套筒。
将实施例6～13与对比例1～6中机械套筒的接头的性能进行比较，比较结果如表3所示。
表3：实施例6～13与对比例1～6中机械套筒的接头的性能
综上所述，本申请通过优化机械套筒的结构，合理配伍机械套筒接头的组分，并通过特定的制备方法，有效提高了接头的力学性能，从而提高了机械套筒的稳定性、牢固性和可靠性，并延长了其使用寿命。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种机械套筒，其特征在于，包括：接头、螺帽、波纹管以及密封环，所述接头设置有前安装孔以及与所述前安装孔连通的后安装孔，所述接头上设置有外螺纹，所述螺帽上具有通孔以及内径比所述通孔大的螺纹孔，并且所述通孔与螺纹孔之间形成有抵触端面，所述接头通过所述外螺纹与所述螺纹孔螺接，所述波纹管穿过所述通孔、所述螺纹孔以及所述后安装孔，所述密封环设置在所述螺纹孔内，且所述密封环的一端与所述接头的端部抵触连接另一端对应所述抵触端面；
所述接头由合金钢制成，所述合金钢包括以下质量百分比的组分：0.30%~0.42%C、0.17%~0.37%Si、0.30%~0.40%Mn、0.4%~0.65%Cr、0.5%~0.7%Ni、0.3%~0.45%Cu、0.2%~0.35%VC、0.5%~0.8%Ti3N4、0~0.02%P、0~0.02%S，余量为Fe；所述Mn与VC的总质量百分比为0.62%~0.73%；所述VC和Ti3N4以纳米粉的形式加入；所述VC的粒径为20~50nm，所述Ti3N4的粒径为40~90nm。
2.如权利要求1中所述的机械套筒，其特征在于：所述通孔内设置有环形的内槽，所述内槽上设置有O型密封圈，所述O型密封圈与所述波纹管的外套管部分抵触连接。
3.如权利要求1中所述的机械套筒，其特征在于，所述VC的粒径为38~45nm，所述Ti3N4的粒径为49~76nm。
4.如权利要求1~3中任一权利要求所述的机械套筒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、将VC和Ti3N4原料粉体采用超声波处理3~6min；
S2、将除VC和Ti3N4以外的其它金属原料加热熔炼为合金熔液，加入超声波处理后的VC和Ti3N4原料粉体，搅拌均匀；
S3、将搅拌后的合金熔液浇注制成生坯，对生坯进行热处理，即得成品接头，将接头与其他配件组装制成机械套筒。
5.如权利要求4中所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的热处理包括淬火、高温回火，所述淬火的过程为，将生坯加热至830~860℃，充入保压气体至压力为30~90MPa，保温30~50min，然后在盐水中快冷至室温。
6.如权利要求5中所述的制备方法，其特征在于，所述保压气体为Ar和乙醇的混合气体。
7.如权利要求5中所述的制备方法，其特征在于，所述高温回火的过程为，将淬火后的生坯重新加热至520~600℃，保温150~200min，然后降温至160~230℃，保温120~180min，最后自然降至室温。
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