CN108642407A - 一种扭力杆及其加工工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种扭力杆及其加工工艺方法，包括一体设置的振动托盘、连接杆和端板。制备方法包括：将毛胚锻造温度加热至一定温度范围内后，进行锻造，再进行等温退火，之后再进行探伤检测，随后经热处理工艺以精炼钢组合物显微结构，再次进行二次探伤检测，然后粗精加工制得。热处理工艺包括一次正火、一次淬火和两次回火。在扭力杆的加工工艺中，先正火再淬火后二次回火的过程，充分实现了钢的显微结构奥氏体化的效果，作为整个水处理过滤装置的中心柱，扭力杆的各项性能均有较大的提高，满足了整个水处理设备的长期稳定运作工况需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种杆件制品，特别是涉及一种水处理设备用到的扭力杆及其加工工艺方法。
背景技术
人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，使水体受到污染，全世界每 年约有5000多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了数以亿计立方米的淡水，日趋加剧的水 污染，已对人类的健康生活构成重大威胁，成为经济和社会可持续发展的重大障碍，目前， 在江河水及污水净化处理方面，形式多样的水处理设备正发挥着重要的作用，但一般的净水 设备要求进水浊度不高，对于一些浊度较高的水经一般的处理后往往还是很难达到饮用水标 准。
我公司针对现有的水处理设备技术情况做了进一步参考并独创性地设计出一种利用超频 过滤技术为主要技术核心的水处理过滤装置，如附图7所示的结构特征，其中扭力杆设计便 是起到传导超频振动力的作用；但是，为了实现整个设备的持续高效的满负荷工作工况，扭 力杆的抗疲劳能力、屈服强度和结构强度均需要达到较高水品，以此满足整个水处理设备的 长期稳定运作。
发明内容
本发明的实施目的是提出设计一种扭力杆及其加工工艺方法。以满足我公司设计的水处 理设备的过滤组件与激振器实现连接，并在超频振动作用下也能稳定高效的传导超频振动力， 由热处理工艺形成的扭力杆制品将具有高屈服强度(例如至少达到280ksi(大约1945MPa))， 同时具有较高的抗弯强度以及较佳的硬度(HRC45°至48°)。所述扭力杆需要被加工达到具 有大于280ksi屈服强度的并且在室温下夏比V型缺口(一种评价金属材料冲击韧性应用最广 泛的传统力学冲击试验方法)能量在横向上大于或等于62J/cm2以及在纵向上大于或等于 68J/cm2的结构强度需求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种扭力杆，包括一体设置的振动托盘、 连接杆和端板。所述振动托盘外周边均匀设有若干膜桶连接孔，与过滤组件法兰式螺栓连接， 所述连接杆上端口设有螺纹连接端，与所述过滤组件的中心轴件螺纹固定配合，所述端板外 周边均匀设有若干通孔，与水处理设备的振动平台螺栓连接。
该扭力杆的原料碳钢组合物包括：
重量比0.38％-0.45％的碳；
重量比0.01％-0.03％的磷；
重量比0.60％-0.90％的锰；
重量比1.45％-1.80％的硅；
重量比0.70％-0.95％的铬；
重量比1.65％-2.00％的镍；
重量比0.30％-0.50％的钼；
重量比0.25％-0.35％的铜；以及
重量比0.05％-0.12％的钒；
另外的组分为铁和极其微量的杂质(如：氧、硫、氮和Ca)；
该扭力杆加工工艺方法包括：
步骤S1：首先将毛胚锻造温度加热至790℃-840℃温度范围内后，进行锻造，
步骤S2：前步骤完成后，再进行等温退火；
步骤S3：之后再进行一次探伤检测；
步骤S4：随后经热处理工艺以精炼钢组合物显微结构；
步骤S5：再次进行二次探伤检测；
步骤S6：然后粗精加工制得；
进一步地，所述探伤采用X光射线探伤、超声波探伤和渗透探伤中的一种方式实施检测。
进一步地，所述粗精加工包括先粗车后精车，攻螺纹，再铣孔，最后再打磨。
进一步地，所述热处理工艺包括一次正火、一次淬火和两次回火，所述原料碳钢组合物 在一次正火操作中以一定速率从常温加热到第一温度，对所形成的扭力杆原型结构进行正火， 持续时间3小时，使得得到正火后的钢的显微结构是按体积比为大于或等于92％的马氏体； 随后进行空冷降温，再以一定速率从常温加热到第二温度，对所形成的扭力杆原型结构进行 淬火处理，持续时间3小时，使得得到淬火的钢的显微结构按体积比为大于或等于96％的奥 氏体，实现奥氏体化，其中所形成的钢的显微结构具有与正火操作之后的晶粒尺寸相比更小 的晶粒尺寸；以及在一次淬火操作之后通过将所形成的扭力杆原料油冷至常温，再以一定速 率从常温加热到第三温度，对所形成的扭力杆原型结构进行两次回火处理，持续时间4-5小 时。
回火之后的扭力杆原料具有大于282ksi的屈服强度，并且在大约室温下夏比V型缺口能 量在横向上大于或等于64J/cm2以及在纵向上大于或等于72J/cm2，硬度为HRC45°。
进一步地，所述第一温度优选910-930℃，更优选的920-925℃；所述第二温度优选865-880℃，更优选的870-875℃；所述第三温度优选370-385℃，更优选的380-385℃。
鉴于所述扭力杆的抗疲劳能力、屈服强度和结构强度均需要达到较高水品。该扭力杆的 原料碳钢组合物更优选的构成包括：
重量比0.38％-0.43％的碳；
重量比0.01％-0.02％的磷；
重量比0.65％-0.90％的锰；
重量比1.52％-1.80％的硅；
重量比0.75％-0.95％的铬；
重量比1.65％-2.00％的镍；
重量比0.30％-0.50％的钼；
重量比0.25％-0.35％的铜；
重量比0.05％-0.12％的钒；
重量比小于或等于0.03％的钙；以及
另外的组分为铁和极其微量的杂质(如：氧、硫、氮)
同样按照上述制备工艺得出：回火之后的扭力杆原料具有大于285ksi的屈服强度，并且 在大约室温下夏比V型缺口能量在横向上大于或等于68J/cm2以及在纵向上大于或等于 75J/cm2，硬度为HRC47°。
实施本发明的扭力杆及其加工工艺方法，具有以下有益效果：
1.该扭力杆具有超高的屈服强度，有优良的塑性、韧性和抗疲劳、断裂性能，满足对水 处理装置在超频振动下依旧能够保持长期有效的满负荷工作；
2.该扭力杆为实心质地的杆件结构，对于传导超频振动具有较佳的性能表现，故而采用 锻造工艺有助于结构刚性和强度的加强；
3.在扭力杆的制备工艺中，先正火再淬火后二次回火的过程，充分实现了钢的显微结构 奥氏体化的效果，作为整个水处理过滤装置的中心柱，扭力杆的各项性能均有较大的提高， 满足了整个水处理设备的长期稳定运作工况需求。
附图说明
图1是本发明所述扭力杆的制备工艺流程；
图2是本实施例中淬火前的碳钢组合物的显微照片；
图3为本实施例中淬火后的碳钢组合物的显微照片；
图4是由本发明实施例制成的钢的夏比(Charpy)冲击能量(CVN)与屈服强度的关系图；
图5为本实施例所述扭力杆的结构示意图；
图6为本实施例所述扭力杆与过滤组件法兰式连接的示意图；
图7为本实施例所述水处理设备的示意图；
其中，1-扭力杆，11-连接杆，12-振动托盘，121-膜桶连接孔，122-螺纹连接端，13-端板，131-通孔，2-过滤组件，3-螺栓，4-振动平台，5-激振器，6-膜桶托盘，7-膜桶中心 轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述。
实施例1：
结合图5、6和7，本实施例提供一种扭力杆1，包括一体设置的振动托盘12、连接杆11 和端板13。所述振动托盘12外周边均匀设有若干膜桶连接孔121，与过滤组件2法兰式螺栓 连接，所述连接杆11上端口设有螺纹连接端122，与所述过滤组件2的膜桶中心轴7螺纹固 定配合，所述端板外13周边均匀设有若干通孔131，与水处理设备的振动平台4通过螺栓3 连接。
该扭力杆的原料碳钢组合物包括：
重量比0.38％的碳；
重量比0.01％的磷；
重量比0.65％的锰；
重量比1.52％的硅；
重量比0.75％的铬；
重量比1.65％的镍；
重量比0.30％的钼；
重量比0.25％的铜；
重量比0.05％的钒；
重量比0.025％的钙；以及
另外的组分为铁和极其微量的杂质(如：氧、硫、氮)；
该扭力杆加工工艺方法包括：
步骤S1：首先将毛胚锻造温度加热至790℃-840℃温度范围内后，进行锻造，
步骤S2：前步骤完成后，再进行等温退火；
步骤S3：之后再进行探伤检测；
步骤S4：随后经热处理工艺以精炼钢组合物显微结构；
步骤S5：再次进行二次探伤检测；
步骤S6：然后粗精加工制得；
更具体的实施步骤是，所述探伤采用X光射线探伤实施检测。
更具体的实施步骤是，所述粗精加工包括先粗车后精车，攻螺纹，再铣孔，最后再打磨。
更具体的实施步骤是，所述热处理工艺包括一次正火、一次淬火和两次回火，所述原料 碳钢组合物在一次正火操作中以一定速率从常温加热到920℃，对所形成的扭力杆原型结构 进行正火，持续时间3小时，使得得到正火后的钢的显微结构是按体积比为大于92％的马氏 体；随后进行空冷降温，再以一定速率从常温加热到870℃，对所形成的扭力杆原型结构进 行淬火处理，持续时间3小时，使得得到淬火的钢的显微结构按体积比为大于96％的奥氏体， 实现奥氏体化，其中所形成的钢的显微结构具有与正火操作之后的晶粒尺寸相比更小的晶粒 尺寸；以及在一次淬火操作之后通过将所形成的扭力杆原料油冷至常温，再以一定速率从常 温加热到380℃，对所形成的扭力杆原型结构进行两次回火处理，持续时间4小时。
回火之后的扭力杆原料具有大于282ksi的屈服强度，并且在大约室温下夏比V型缺口能 量在横向上大于或等于64J/cm2以及在纵向上大于或等于72J/cm2，硬度为HRC45°。
实施例2：
本实施例提供如实施例1相同结构的扭力杆。
该扭力杆的原料碳钢组合物包括：
重量比0.43％的碳；
重量比0.02％的磷；
重量比0.90％的锰；
重量比1.80％的硅；
重量比0.95％的铬；
重量比2.00％的镍；
重量比0.50％的钼；
重量比0.35％的铜；
重量比0.12％的钒；
重量比0.01的钙；以及
另外的组分为铁和极其微量的杂质(如：氧、硫、氮)；
该扭力杆加工工艺方法包括：
步骤S1：首先将毛胚锻造温度加热至800℃-840℃温度范围内后，进行锻造，
步骤S2：前步骤完成后，再进行等温退火；
步骤S3：之后再进行探伤检测；
步骤S4：随后经热处理工艺以精炼钢组合物显微结构；
步骤S5：再次进行二次探伤检测；
步骤S6：然后粗精加工制得；
更具体的实施步骤是，所述探伤采用渗透探伤实施裂纹和缺陷检测。
更具体的实施步骤是，所述粗精加工包括先粗车后精车，攻螺纹，再铣孔，最后再打磨。
更具体的实施步骤是，所述热处理工艺包括一次正火、一次淬火和两次回火，所述原料 碳钢组合物在一次正火操作中以一定速率从常温加热到925℃，对所形成的扭力杆原型结构 进行正火，持续时间3小时，使得得到正火后的钢的显微结构是按体积比为大于92％的马氏 体；随后进行空冷降温，再以一定速率从常温加热到875℃，对所形成的扭力杆原型结构进 行淬火处理，持续时间3小时，参照图2和3，使得得到淬火的钢的显微结构按体积比为大 于96％的奥氏体，实现奥氏体化，其中所形成的钢的显微结构具有与正火操作之后的晶粒尺 寸相比更小的晶粒尺寸；以及在一次淬火操作之后通过将所形成的扭力杆原料油冷至常温， 再以一定速率从常温加热到385℃，对所形成的扭力杆原型结构进行两次回火处理，持续时 间5小时。
请参照图4，回火之后的扭力杆原料具有大于285ksi的屈服强度，并且在大约室温下夏 比V型缺口能量在横向上大于或等于66J/cm2以及在纵向上大于或等于76J/cm2，硬度为 HRC48°。
实施例3：
本实施例提供如实施例1和实施例2相同结构的扭力杆。
该扭力杆的原料碳钢组合物包括：
重量比0.40％的碳；
重量比0.015％的磷；
重量比0.75％的锰；
重量比1.65％的硅；
重量比0.82％的铬；
重量比1.85％的镍；
重量比0.42％的钼；
重量比0.32％的铜；
重量比0.08％的钒；
重量比0.012的钙；以及
另外的组分为铁和极其微量的杂质(如：氧、硫、氮)；
该扭力杆加工工艺方法包括：
步骤S1：首先将毛胚锻造温度加热至800℃-830℃温度范围内后，进行锻造，
步骤S2：前步骤完成后，再进行等温退火；
步骤S3：之后再进行探伤检测；
步骤S4：随后经热处理工艺以精炼钢组合物显微结构；
步骤S5：再次进行二次探伤检测；
步骤S6：然后粗精加工制得；
更具体的实施步骤是，所述探伤采用渗透探伤实施裂纹和缺陷检测。
更具体的实施步骤是，所述粗精加工包括先粗车后精车，攻螺纹，再铣孔，最后再打磨。
更具体的实施步骤是，所述热处理工艺包括一次正火、一次淬火和两次回火，所述原料 碳钢组合物在一次正火操作中以一定速率从常温加热到922℃，对所形成的扭力杆原型结构 进行正火，持续时间3小时，使得得到正火后的钢的显微结构是按体积比为大于92％的马氏 体；随后进行空冷降温，再以一定速率从常温加热到872℃，对所形成的扭力杆原型结构进 行淬火处理，持续时间3小时，使得得到淬火的钢的显微结构按体积比为大于96％的奥氏体， 实现奥氏体化，其中所形成的钢的显微结构具有与正火操作之后的晶粒尺寸相比更小的晶粒 尺寸；以及在一次淬火操作之后通过将所形成的扭力杆原料油冷至常温，再以一定速率从常 温加热到383℃，对所形成的扭力杆原型结构进行两次回火处理，持续时间5小时。
回火之后的扭力杆原料具有大于288ksi的屈服强度，并且在大约室温下夏比V型缺口能 量在横向上大于或等于68J/cm2以及在纵向上大于或等于78J/cm2，硬度为HRC48°
实施例1-3室温下的抗拉性能和冲击能量
在室温下根据ASTM标准E8测定实施例1-3的钢的强度和拉伸率以及夏比V型缺口能量。 在从管的纵向上(LC)截取的具有大约10×7.5×55mm尺寸的样本上完成夏比测试。在表1中 记录了每种状态下测定的平均抗拉强度、屈服强度、拉伸率和夏比V型缺口能量(CVN)。并在 图4中示出了每个管的平均值。
表1样本的平均抗拉性能和冲击能量
综合以上3种实施例的详细描述，该扭力杆的结构强度、屈服强度以及硬度等性能指标 均已达到工况所需要求。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种 变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种扭力杆，包括一体设置的振动托盘、连接杆和端板，其特征在于：所述振动托盘外周边均匀设有若干膜桶连接孔，与过滤组件法兰式螺栓连接，所述连接杆上端口设有螺纹连接端，与所述过滤组件的中心轴件螺纹固定配合，所述端板外周边均匀设有若干通孔，与水处理设备的振动平台螺栓连接；
所述扭力杆的原料碳钢组合物包括：
重量比0.38％-0.45％的碳；
重量比0.01％-0.03％的磷；
重量比0.60％-0.90％的锰；
重量比1.45％-1.80％的硅；
重量比0.70％-0.95％的铬；
重量比1.65％-2.00％的镍；
重量比0.30％-0.50％的钼；
重量比0.25％-0.35％的铜；以及
重量比0.05％-0.12％的钒；
另外的组分为铁和极其微量的杂质(如：氧、硫、氮和Ca)。
2.根据权利要求1所述的扭力杆，提出该扭力杆的加工工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：首先将毛胚锻造温度加热至790℃-840℃温度范围内后，进行锻造；
步骤S2：再进行等温退火；
步骤S3：再进行一次探伤检测；
步骤S4：随后经热处理工艺以精炼钢组合物显微结构；
步骤S5：再次进行二次探伤检测；
步骤S6：然后粗精加工制得；
所述热处理工艺包括一次正火、一次淬火和两次回火，所述原料碳钢组合物在一次正火操作中以一定速率从常温加热到第一温度，对所形成的扭力杆原型结构进行正火，持续时间3小时；随后进行空冷降温，再以一定速率从常温加热到第二温度，对所形成的扭力杆原型结构进行淬火处理，持续时间3小时，实现奥氏体化；以及在一次淬火操作之后通过将所形成的扭力杆原料油冷至常温，再以一定速率从常温加热到第三温度，对所形成的扭力杆原型结构进行两次回火处理，持续时间4-5小时。
3.根据权利要求2所述的扭力杆的加工工艺方法，其特征在于：所述探伤采用X光射线探伤、超声波探伤和渗透探伤中的一种方式实施检测。
4.根据权利要求2所述的扭力杆的加工工艺方法，其特征在于：所述粗精加工包括先粗车后精车，攻螺纹，再铣孔，最后再打磨。
5.根据权利要求2所述的扭力杆的加工工艺方法，其特征在于：所述第一温度优选910-930℃，更优选的920-925℃；所述第二温度优选865-880℃，更优选的870-875℃；所述第三温度优选370-385℃，更优选的380-385℃。
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