CN116497279A - 一种高强度高耐磨的双头螺柱及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强度高耐磨的双头螺柱及其制备工艺，涉及紧固件加工技术领域。本发明公开的强度高耐磨的双头螺柱是由双头螺柱基体和激光熔覆于双头螺柱基体表面的耐磨涂层组成；双头螺柱基体的化学成分为：C、Mn、Si、Cr、Ti、Ni、Cu、Al、N、Mo、Zr、Ca、Nb，Als，其余为Fe及不可避免的杂质；耐磨涂层为TiC‑B‑Ni‑Cr合金材料；本发明还提供了双头螺柱的制备工艺，限定了孕育剂的成分含量以及热处理加工工艺。本发明提供的双头螺柱制备效率高，污染低，制得的双头螺柱的硬度高，具有优异的力学性能、耐腐蚀性、耐磨性和耐高低温性，该耐磨涂层采用激光熔覆技术，使双头螺柱基体与涂层的结合力和结合效果较佳，延长了双头螺柱的使用寿命。

Description

一种高强度高耐磨的双头螺柱及其制备工艺
技术领域
本发明属于紧固件加工的技术领域，尤其涉及一种高强度高耐磨的双头螺柱及其制备工艺。
背景技术
双头螺柱是指两端均有螺纹的圆柱形紧固件，广泛应用于风电力、化工、炼油、阀门、铁路、桥梁和大型建筑等。在螺纹螺柱联接的部件中，螺母、垫圈所处的工作状态较好，损坏较小，最薄弱的环节是螺柱，它的损坏，尤其是断裂引起的破坏性最大。双头螺柱一般为合金材质，其作用是在两个被连接件结合处产生一定的额压紧力，是被连接件在设计的期限内保持密封，不发生泄漏和突然断裂。根据材质的不同，双头螺柱分为碳钢、不锈钢、有色金属(铜)等几大类型。传统工艺中双头螺柱多使用含铜量较高的铜合金(有色金属)，但该材料硬度较低，耐磨性能差，无法满足高速发展的风机、制造业的需求；碳钢是目前市场上应用最多的双头螺柱材质，其价格低，容易冶炼，加工性能好，但是其强度较低，不耐腐蚀，耐高低温性差，淬透性差，普遍存在延迟断裂问题；不锈钢螺柱的材质较软，硬度较低，经常因表面强度不够，与相配套的螺母发生咬死现象，不利于拆卸，并且咬死时，铁屑会附着在螺柱表面继续发生反应，在交变载荷与持续压力的作用下会产生高温高压的应力破坏，致使耐磨损性较差。
中国专利CN201911300443.1公开了一种高强高韧盾构机主驱动螺柱材料及制备方法，其采用酸洗、淬火、回火、滚丝碾牙、去应力处理和表面处理等工艺，对螺柱进行处理，采用碾牙处理，冷加工塑性变形不会热处理后的组织昌盛影响，提高了材料的强度和韧性，但是该螺柱材料的含碳量较高，易与螺柱材料中的Si、Cr等成分形成易晶界析出的碳化物，致使螺柱材料的耐腐蚀性和韧性降低，且该螺柱材料的硬度一般，易发生与螺母配套时发生咬死现象，影响使用效果和寿命。中国发明专利CN201910388093.2公开了一种扭剪型螺柱的制造方法，该方法在坯料酸洗后，利用电子束蒸发镀膜法将复合皮膜剂镀到草酸处理后的坯料表面而得到的，皮膜剂采用无磷材料，环保性好，且镀膜后的螺柱，耐腐蚀和抗氧化性高，可有效的提高螺柱的使用寿命，但是该皮膜剂是采用有机溶剂和无机材料组合而成，在电镀过程中会产生挥发性物质，对环境产生污染，不环保，且镀膜的强度和硬度一般，易因表面强度不够而发生锁死，致使耐磨损性较差，影响产品的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高耐磨的双头螺柱，该螺柱的制备工艺简单，操作方便，制备效率高，污染低，制得的双头螺柱的硬度高，具有优异的力学性能、耐腐蚀性、耐磨性和耐高低温性，该耐磨涂层采用激光熔覆技术，使耐磨涂层与双头螺柱基体之间可相互渗入，提高了基体与涂层的结合力和结合效果，延长了双头螺柱的使用寿命。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种高强度高耐磨的双头螺柱，是由双头螺柱基体和激光熔覆于双头螺柱基体表面的耐磨涂层组成；
以质量百分比为计，所述双头螺柱基体的化学成分为：C0.03-0.07％、Mn1.3-1.7％、Si0.12-0.18％、Cr17-19％、Ti0.08-0.11％、Ni8.4-10.5％、Cu0.5-0.9％、Al0.8-1.5％、N0.08-0.12％、Mo0.2-0.5％、Zr0.11-0.16％、Ca0.18-0.25％、Nb0.01-0.03％，Als0.01-0.014％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述耐磨涂层为TiC-B-Ni-Cr合金材料。
C成分在高温下易形成碳化物，对钢材的硬度和强度增加是最有效的，但是其与钢材中的金属成分(Si和Cr)进行化合而生成并在晶界析出的碳化物(SiC和铬碳化合物)，其中铬碳化合物是使导轨钢的耐腐蚀性、韧性降低的杂质成分，而碳化硅能提高导轨钢的耐磨性。本发明双头螺柱的化学成分中，当C含量小于0.03％时，则会导致螺柱的硬度较低且耐磨性一般；当C含量大于0.07％时，则会导致韧性变差，且进一步的降低螺柱的耐腐蚀性，不能很好地发挥C成分的作用，因此，本发明优选C成分含量为0.03-0.07％。
Mn成分有固溶强化的作用，且对耐磨性有很好的效果，但Mn含量过高时，易形成硫化物，影响钢材的腐蚀性和强度。本发明双头螺柱的化学成分中Mn含量控制在1.3-1.7％，使本发明具有高强度和高韧性，并具有较优的耐磨耐腐蚀性。当Mn含量超过1.7％时，腐蚀性和强度显著降低；当Mn含量低于1.3％时，使螺柱的强度和耐磨性均有不同程度的下降。
Si成分具有脱氧、固溶的效果，可促进渗碳体分散，提高钢材的强度。在本发明中，当Si含量超过0.18％时，影响了螺柱的加工性并降低了螺柱的韧性；当Si含量低于0.12％时，则对本发明的强度和耐腐蚀性带来负面影响。
Cr成分能提高钢材的强度和耐腐蚀性，本发明中Cr成分含量控制在17-19％，既可满足螺柱的高强度和高耐腐蚀性需求，还可保证螺柱具有较好的塑性和韧性。在本发明中，若是Cr含量低于17％，对螺柱的强度和耐腐蚀性的影响较大；若是Cr含量高于19％，不仅增加增成本，且会导致螺柱的塑性和韧性显著下降，在生产过程中，铸坯易发生破裂。
Ti成分具有固氮的作用，高温下与氮形成氮化合物，提高钢材的强度和韧性，但Ti的含量过高，会增加螺柱的成本，且生成的TiC降低螺柱的韧性。Ti在高温下化学活性较大，在激光熔覆过程中，易与防腐涂层中的Al、N等反应，从而提高了螺柱基体与防腐涂层的润湿性，从而提高了双头螺柱的硬度和强度。因此，本发明优选钛含量为0.08-0.11％。
Ni成分能提高双头螺柱的韧性、耐腐蚀性和耐高温使用温度，且对Cr耐腐蚀性的发挥有促进作用，如果适量，则与Ti或Al形成金属间化合物，提高钢材的强度。本发明中，若Ni的含量低于6.5％，与Cr之间的作用效果不够，影响韧性和耐腐蚀性的提高，降低了双头螺柱的最高使用温度；若Ni含量过高，不仅增加了成本，且在本发明的淬火工艺下无法得到马氏体组织，得不到本发明所需的强度，并降低了耐腐蚀性。因此，本发明优选Ni含量为6.5-9.8％。
Cu成分可提高钢材中奥氏体的稳定性，并提高钢材的硬度、强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，但是过量的Cu会降低钢材的机械性能，使钢材易脆化，因此，为了避免过量Cu引起钢材热加工性和塑性的下降，本发明中将Cu含量控制在0.7-1.3％，使其与其它适量化学成分配合使用，得到综合性能优良的双头螺柱，在保证耐腐蚀性的同时，还有较高的强度和耐磨性。
Al成分是强脱氧剂，可细化钢材奥氏体晶粒，且与Ni、N等元素形成金属化合物，提高钢材的强度，但若是铝含量过高，则铸坯在冷却过程中不发生相变，导致双头螺柱的韧性降低。本发明优选Al含量为0.8-1.5％。
N成分可通过固溶、及与Cr、Mo等元素结合以形成簇合物，提高钢材的强度，但是若N含量过大，无法低成本的避免在铸造过程中产生气孔，影响钢材的强度和韧性，并且N易与钢材的金属反应生成并析出氮化物，从而降低双头螺柱的耐腐蚀性。因此，本发明将N含量控制在0.08-0.12％之间，使其满足双头螺柱强度的需求，又保证双头螺柱的加工性，韧性和耐腐蚀性。
Mo成分可提高钢材的强度和耐腐蚀性，但在本发明中，Mo含量低于0.2％时，对本发明的强度和耐腐蚀性能影响不大，反而增加了成本；若Mo含量高于0.5％时，对本发明的强度和耐腐蚀性并没有明显的提高，并且影响了双头螺柱的成型加工性能，材料成本增加。
Zr成分可脱氧、硫、磷，能提高钢材的硬度、强度和耐磨性，但是Zr含量过高，会促进钢材中金属间相的沉淀，降低钢材的强度和加工性能。因此，本发明将Zr含量控制在0.11-0.16％，使其能满足双头螺柱高强度和高硬度，又可保证双头螺柱的加工性，韧性和耐腐蚀性。
Ca成分可提高钢材的强度和加工特性，但Ca含量过高，会导致钢材的韧性和加工性能下降，因此本发明根据Ca与其它成分的组合效果，将Ca含量控制在0.25％以下，且为了满足钢材的强度和耐腐蚀性，将Ca含量控制在0.18％以上。
Nb成分可提高钢材的硬度，细化晶粒，起到增加钢材强度的作用。本发明将Nb含量控制在0.01-0.03％，使本发明在保证强度和硬度的同时，还提高了本发明的耐磨性，并具有较优的耐腐蚀性，若是Nb含量过高，则成本较高，且影响其硬度，使耐磨性反而下降；若是Nb含量过低，则不能得到想要的效果。
Als成分适量时，能细化晶粒，改善钢材的韧性。本发明将Als含量控制在0.01-0.014％，可保证双头螺柱有较高的强度和韧性，不易脆断，减少夹杂物的产生。
进一步的，所述TiC-B-Ni-Cr合金材料的制备方法为：将质量比为1：(0.3-0.5)：(0.1-0.15)：(0.05-0.08)的TiC粉末、B粉末、Ni粉末和Cr粉末置于球磨机中进行球磨，球磨速率为460-520r/min，球磨时间为12-18h，球料比为12：1，即得。
进一步的，所述Cr、Ni和Mo在双头螺柱基体化学成分的质量百分比中的满足条件为：26％＜Cr+Ni+Mo≤29.5％。
Cr+Ni+Mo在本发明中是影响强度、耐腐蚀性和耐高温性的因素，在本发明中限定在26％-29.5％之间，三者复配之后使其强度和耐腐蚀性的效果更佳的显著，并且其最高使用温度可达680℃，通过实验证明，当Cr+Ni+Mo小于26％时，得到的双头螺柱的耐腐蚀性较差，强度减小，耐高温性能显著降低；当Cr+Ni+Mo大于29.5％时，会导致双头螺柱的塑性和韧性显著降低，高温使用温度不会增加且有降低的趋势。
进一步的，所述Al、Cu、Zr、Ti和Mn在双头螺柱基体化学成分的质量百分比中的满足条件为：1.55％≤Al+Cu＜Zr+T i+Mn≤1.95％。
Zr+Ti+Mn在本发明中是影响强度和硬度的因素，在本发明中限定在1.55％-1.95％之间，三者复配之后使其强度和硬度的效果显著，具有更优的耐磨性和耐腐蚀性，通过实验证明，当Zr+Ti+Mn小于1.55％时，得到的双头螺柱的强度较差，耐腐蚀性不佳，且硬度小；当Zr+T i+Mn大于1.95％时，会导致双头螺柱的韧性显著降低，易脆断，且耐腐蚀性也有明显的降低。当Al+Cu＜Zr+T i+Mn，可保证双头螺柱高强度和高硬度的同时，还具有较优的热加工性能和韧性，并具有较高的耐磨耐腐蚀性能。
本发明还提供了一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺，具体包括以下步骤：
S1.配料：按质量百分比的双头螺柱基体的化学成分称取原料；
S2.熔炼：将上述称取的原料加入到熔炼炉中熔化，保温30-40min，清除表面浮渣，得熔炼液；将烘烤后的孕育剂置于钢水包底部，用包内充入法对熔炼液进行孕育处理，除渣，将处理后的熔炼液在真空环境下进行在线除氢，过滤，浇铸得到双头螺柱坯体；
S3.将得到的双头螺柱坯体进行酸洗处理，然后进行热处理，车削，磨床，滚丝，得到双头螺柱基体；
S4.将TiC-B-Ni-Cr合金材料的金属粉末与乙醇以20：1的质量比混合，搅拌至粘稠状后，涂覆于双头螺柱基体的外表面，于120℃下干燥2h，然后预热至400-460℃，进行激光熔覆，清除表面残渣，得到所需的双头螺柱。
进一步的，所述步骤S2中，熔炼温度为1520-1580℃，浇铸温度为1480±10℃。
进一步的，所述步骤S2中，所述孕育剂是由以下质量百分比的原料组成：Si25-32％、Al0.2-0.4％、Y3.4-5.6％、Ba2.8-3.7％、Mn0.5-0.9％，余量为铁及不可避免的杂质；所述孕育剂的加入量为所述双头螺柱基体原料总量的0.15-0.22％。
进一步的，所述步骤S3中，所述热处理依次包括淬火处理和回火处理，将酸洗后的双头螺柱坯体加热到300-350℃后保温30-40min，然后加热至850-900℃后保温15-20min,之后淬入220-300℃的油中并保温10-15min，取出，室温冷却；然后再放入回火炉中进行回火处理，回火处理温度为400-450℃，保温时间为1-2h，空冷至室温。
进一步的，所述步骤S3中，所述酸洗过程为：将双头螺柱坯体依次放入浓度为20％、22％的盐酸槽中各5min，然后使用喷流式水冲洗。
进一步的，所述步骤S4中，所述激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1500W，扫描速度为4mm/s，光斑直径为5mm，搭接率为40％，离焦量为30mm，送粉量为40g/min；激光熔覆过程中选用氩气为保护气体，气体流量15L/min。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明采用TiC-B-Ni-Cr合金材料作为耐磨涂层，采用激光熔覆在双头螺柱表面，形成了致密的耐磨层，提高了双头螺柱的硬度、强度、冲击韧性、耐磨性和耐腐蚀性能，并具有较优的耐高低温性。本发明的耐磨涂层采用激光熔覆技术，先对双头螺柱基体表面预热至400-460℃，提高了基体与耐磨涂层之间的渗透率，进一步提高了基体与耐磨涂层之间的结合力，并降低了耐磨涂层在熔覆过程中的内应力，提高了耐磨涂层的断裂韧性，进一步提高了双头螺柱的硬度、强度和耐高温冲击性能；采用适当的激光扫描速度，可形成光滑的耐磨涂层，并提高了涂层的耐磨耐腐蚀性，若是扫描速度过快，则会由于对流作用使涂层表面变得粗糙，而增加腐蚀速率，并影响材料的耐磨性能。
2、本发明耐磨涂层通过一定质量比的TiC、B、Ni和Cr金属粉末组合而成，TiC为复合材料，作用在双头螺柱表面，具有更优的机械强度、尺寸稳定性和耐高温性能，明显提高了双头螺柱的强度、硬度、耐磨性；B、Ni和Cr金属粉末的加入，提高了耐磨涂层与双头螺柱基体之间的润湿性，使耐磨涂层与双头螺柱基体具有较优的界面结合力，并提高了耐磨涂层的强度和耐腐蚀性能；本发明通过设计合理的增强型复合材料和金属元素的成分进行结合，使耐磨涂层通过激光熔覆技术在双头螺柱表面形成均匀致密的结构，防止晶界元素偏析，显著提高了本发明涂层的耐磨性以及高低温稳定性，使本发明双头螺柱具有更优的强度、耐磨性、耐腐蚀性和高温使用温度，延长了双头螺母的使用寿命。
3、本发明的热处理工艺是根据双头螺柱基体的化学成分进行设计的，采用分级淬火温度进行处理后再淬入低温油中，显著提高了双头螺柱基体的硬度和耐磨性，再通过合适的回火处理，改善了双头螺柱的强度和韧性，使其具有较优的耐腐蚀性和耐高温稳定性。
4、本发明在凝固过程中，以包内冲入法向液态金属中添加了少量孕育剂(采用Si、Al、Y、Ba、Mn等成分)，可细化本发明基体中的晶粒，显著提高了双头螺柱基体的硬度和强度，减少了残余应力的产生，改善了加工流动性，提高了本发明的韧性和耐磨耐腐蚀性。
5、本发明双头螺柱的化学成分和含量，使双头螺柱具有高硬度、高强度，并具有优异的耐高温冲击性、耐磨性和耐腐蚀性。本发明的双头螺母基体的化学成分大部分为常见金属，降低了本发明的生产成本。
6、本发明中的耐磨涂层采用TiC、B、Ni和Cr粉末组合而成，未使用有机试剂或挥发性物质，并采用激光熔覆技术在双头螺柱表面形成耐磨涂层，其在双头螺柱表面涂覆过程和使用过程中均不会挥发，且处理速度快、效率高和成本低，对环境无污染，是一种环保的耐磨涂层。
7、本发明在双头螺柱基体表面激光熔覆一层耐磨涂层，该耐磨涂层操作简单，制备效率高，污染低，具有优异的力学性能、耐高低温性、耐腐蚀性能和耐磨性能，并且该耐磨涂层与双头螺柱具有良好的界面结合力，使耐磨涂层具有长效的耐磨防腐效果，延长了双头螺柱的使用寿命，降低了双头螺柱的维护成本。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体实施例对本发明的高强度高耐磨的双头螺柱及其制备工艺予以说明。
实施例1
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺具体包括以下步骤：
S1.配料：按质量百分比的双头螺柱基体的化学成分称取原料：含碳量低于0.07％的废钢、超微碳铬铁、电解锰、硅铁、钼铁、镍铁、钛铁、铜粉、硅铝合金、锆铁、铌铁。
S2.熔炼：将上述称取的原料加入到1520℃的熔炼炉中熔化，保温40min，清除表面浮渣，得熔炼液；将于120℃烘烤2h后的孕育剂置于钢水包底部，用包内充入法对熔炼液进行孕育处理，除渣，将处理后的熔炼液在真空环境下进行在线除氢，过滤，1480℃下浇铸得到双头螺柱坯体。
S3.将得到的双头螺柱坯体依次放入浓度为20％、22％的盐酸槽中各5min，然后使用喷流式水冲洗；再将双头螺柱坯体加热到300℃后保温40mi n，然后加热至900℃后保温20mi n,之后淬入300℃的油中并保温10mi n，取出，室温冷却；再放入回火炉中，回火处理温度为450℃，保温时间为1.5h，空冷至室温，车削，磨床，滚丝，得到双头螺柱基体。
经检验，该双头螺柱基体的化学成分及质量百分比为：C0.05％、Mn1.7％、Si0.17％、Cr17.9％、Ti0.08％、Ni9.6％、Cu0.6％、Al1.0％、N0.12％、Mo0.3％、Zr0.16％、Ca0.22％、Nb0.013％，Als0.012％，S≤0.01％，P≤0.01％，其余为Fe。
S4.将TiC-B-Ni-Cr合金材料的金属粉末与乙醇以20：1的质量比混合，搅拌至粘稠状后，涂覆于双头螺柱基体的外表面，使涂覆层厚度保持在1mm，于120℃下干燥2h，然后预热至450℃，进行激光熔覆，选用氩气为保护气体，气体流量15L/min，激光功率为1500W，扫描速度为4mm/s，光斑直径为5mm，搭接率为40％，离焦量为30mm，送粉量为40g/min，熔覆实验完成功能后，使用钢刷清除表面残渣，得到所需的双头螺柱。
上述孕育剂是由以下质量百分比的原料组成：Si25％、Al0.4％、Y4.5％、Ba3.3％、Mn0.5％，余量为铁。该孕育剂的加入量为所述双头螺柱基体原料总量的0.22％。
上述TiC-B-Ni-Cr合金材料的制备方法为：将质量比为1：0.3：0.1：0.08的TiC粉末、B粉末、Ni粉末和Cr粉末置于球磨机中进行球磨，球磨速率为480r/min，球磨时间为18h，球料比为12：1，即得。
实施例2
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺具体包括以下步骤：
S1.配料：按质量百分比的双头螺柱基体的化学成分称取原料：含碳量低于0.07％的废钢、超微碳铬铁、电解锰、硅铁、钼铁、镍铁、钛铁、铜粉、硅铝合金、锆铁、铌铁。
S2.熔炼：将上述称取的原料加入到1580℃的熔炼炉中熔化，保温30min，清除表面浮渣，得熔炼液；将于120℃烘烤2h后的孕育剂置于钢水包底部，用包内充入法对熔炼液进行孕育处理，除渣，将处理后的熔炼液在真空环境下进行在线除氢，过滤，1480℃下浇铸得到双头螺柱坯体。
S3.将得到的双头螺柱坯体依次放入浓度为20％、22％的盐酸槽中各5min，然后使用喷流式水冲洗；再将双头螺柱坯体加热到320℃后保温40min，然后加热至860℃后保温20min,之后淬入220℃的油中并保温15min，取出，室温冷却；再放入回火炉中，回火处理温度为400℃，保温时间为2h，空冷至室温，车削，磨床，滚丝，得到双头螺柱基体。
经检验，该双头螺柱基体的化学成分及质量百分比为：C0.03％、Mn1.6％、Si0.15％、Cr18.6％、Ti0.09％、Ni8.6％、Cu0.7％、Al1.12％、N0.08％、Mo0.5％、Zr0.14％、Ca0.2％、Nb0.03％，Als0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，其余为Fe。
S4.将TiC-B-Ni-Cr合金材料的金属粉末与乙醇以20：1的质量比混合，搅拌至粘稠状后，涂覆于双头螺柱基体的外表面，使涂覆层厚度保持在1mm，于120℃下干燥2h，然后预热至400℃，进行激光熔覆，选用氩气为保护气体，气体流量15L/min，激光功率为1500W，扫描速度为4mm/s，光斑直径为5mm，搭接率为40％，离焦量为30mm，送粉量为40g/min，熔覆实验完成功能后，使用钢刷清除表面残渣，得到所需的双头螺柱。
上述孕育剂是由以下质量百分比的原料组成：Si32％、Al0.3％、Y5.5％、Ba2.8％、Mn0.7％，余量为铁。该孕育剂的加入量为所述双头螺柱基体原料总量的0.18％。
上述TiC-B-Ni-Cr合金材料的制备方法为：将质量比为1：0.5：0.12：0.07的TiC粉末、B粉末、Ni粉末和Cr粉末置于球磨机中进行球磨，球磨速率为520r/min，球磨时间为16h，球料比为12：1，即得。
实施例3
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺具体包括以下步骤：
S1.配料：按质量百分比的双头螺柱基体的化学成分称取原料：含碳量低于0.07％的废钢、超微碳铬铁、电解锰、硅铁、钼铁、镍铁、钛铁、铜粉、硅铝合金、锆铁、铌铁。
S2.熔炼：将上述称取的原料加入到1550℃的熔炼炉中熔化，保温40min，清除表面浮渣，得熔炼液；将于120℃烘烤2h后的孕育剂置于钢水包底部，用包内充入法对熔炼液进行孕育处理，除渣，将处理后的熔炼液在真空环境下进行在线除氢，过滤，1480℃下浇铸得到双头螺柱坯体。
S3.将得到的双头螺柱坯体依次放入浓度为20％、22％的盐酸槽中各5min，然后使用喷流式水冲洗；再将双头螺柱坯体加热到350℃后保温40mi n，然后加热至880℃后保温20mi n,之后淬入250℃的油中并保温15mi n，取出，室温冷却；再放入回火炉中，回火处理温度为420℃，保温时间为2h，空冷至室温，车削，磨床，滚丝，得到双头螺柱基体。
经检验，该双头螺柱基体的化学成分及质量百分比为：C0.07％、Mn1.5％、Si0.12％、Cr17.0％、Ti0.11％、Ni10.5％、Cu0.83％、Al0.75％、N0.11％、Mo0.2％、Zr0.13％、Ca0.25％、Nb0.01％，Als0.013％，S≤0.01％，P≤0.01％，其余为Fe。
S4.将TiC-B-Ni-Cr合金材料的金属粉末与乙醇以20：1的质量比混合，搅拌至粘稠状后，涂覆于双头螺柱基体的外表面，使涂覆层厚度保持在1mm，于120℃下干燥2h，然后预热至450℃，进行激光熔覆，选用氩气为保护气体，气体流量15L/min，激光功率为1500W，扫描速度为4mm/s，光斑直径为5mm，搭接率为40％，离焦量为30mm，送粉量为40g/min，熔覆实验完成功能后，使用钢刷清除表面残渣，得到所需的双头螺柱。
上述孕育剂是由以下质量百分比的原料组成：Si30％、Al0.4％、Y4.0％、B3.5％、Mn0.6％，余量为铁。该孕育剂的加入量为所述双头螺柱基体原料总量的0.20％。
上述TiC-B-Ni-Cr合金材料的制备方法为：将质量比为1：0.4：0.15：0.05的TiC粉末、B粉末、Ni粉末和Cr粉末置于球磨机中进行球磨，球磨速率为460r/min，球磨时间为18h，球料比为12：1，即得。
实施例4
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺与实施例3相同，且孕育剂和TiC-B-Ni-Cr合金材料的化学成分、含量及制备工艺也相同，具体参照实施例3。不同的是，本实施例4中的双头螺柱基体的化学成分及质量百分比为：C0.05％、Mn1.7％、Si 0.14％、Cr18.4％、Ti 0.08％、Ni9.2％、Cu0.5％、Al1.2％、N0.09％、Mo0.3％、Zr0.11％、Ca0.18％、Nb0.02％，Als0.014％，S≤0.01％，P≤0.01％，其余为Fe。
实施例5
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺与实施例3相同，且孕育剂和TiC-B-Ni-Cr合金材料的化学成分、含量及制备工艺也相同，具体参照实施例3。不同的是，本实施例5中的双头螺柱基体的化学成分及质量百分比为：C0.04％、Mn1.7％、Si 0.15％、Cr18.5％、Ti 0.09％、Ni9.0％、Cu0.9％、Al1.4％、N0.09％、Mo0.4％、Zr0.16％、Ca0.19％、Nb0.02％，Als0.014％，S≤0.01％，P≤0.01％，其余为Fe。
实施例6
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺与实施例3相同，且孕育剂和TiC-B-Ni-Cr合金材料的化学成分、含量及制备工艺也相同，具体参照实施例3。不同的是，本实施例6中的双头螺柱基体的化学成分及质量百分比为：C0.05％、Mn1.69％、Si0.14％、Cr19.0％、Ti0.07％、Ni10.2％、Cu0.6％、Al1.2％、N0.1％、Mo0.5％、Zr0.12％、Ca0.18％、Nb0.02％，Als0.013％，S≤0.01％，P≤0.01％，其余为Fe。
实施例7
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺与实施例3相同，且孕育剂和TiC-B-Ni-Cr合金材料的化学成分、含量及制备工艺也相同，具体参照实施例3。不同的是，本实施例7中的双头螺柱基体表面未进行表面处理(未进行激光熔覆)，即不包括步骤S4。
对比例1
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺与实施例3相同，TiC-B-Ni-Cr合金材料的化学成分、含量及制备工艺也相同，具体参照实施例3。不同的是，本对比例1中孕育剂为75硅铁，75硅铁的加入量为双头螺柱基体原料总量的0.2％。
对比例2
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺与实施例3相同，孕育剂和TiC-B-Ni-Cr合金材料的化学成分、含量及制备工艺也相同，具体参照实施例3。不同的是，本对比例2的热处理工艺为：将酸洗后的双头螺柱坯体加热到加热至880℃后保温20min,之后淬入250℃的油中并保温15min，取出，室温冷却；然后再放入回火炉中进行回火处理，回火处理温度为420℃，保温时间为2h，空冷至室温。
对比例3
一种高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺与实施例3相同，孕育剂化学成分、含量也相同，具体参照实施例3。不同的是，本对比例3中的耐磨涂层为TiC-Ni合金材料，该TiC-Ni合金材料的制备方法为：将质量比为1：0.69的TiC粉末和Ni粉末置于球磨机中进行球磨，球磨速率为520r/min，球磨时间为16h，球料比为12：1，即得。
将上述实施例1-7和对比例1-3制备的双头螺柱进行机械性能、耐磨性、耐腐蚀性的试验，检测结果如下表1所示。
表1机械性能测试结果表
从表1的检测结果表明，本发明具有很高的拉伸强度和硬度，并且有优良的韧性、耐腐蚀性、耐磨性。当在双头螺柱基体表面激光熔覆TiC-B-Ni-Cr合金材料后，提高了双头螺柱成品的强度、硬度和韧性，并提高了双头螺柱的耐腐蚀性和耐磨性能；当改善双头螺柱的成分组成、孕育剂种类以及热处理加工工艺时，对双头螺柱的综合性能均有较大成都的提高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度高耐磨的双头螺柱，其特征在于，是由双头螺柱基体和激光熔覆于双头螺柱基体表面的耐磨涂层组成；
以质量百分比为计，所述双头螺柱基体的化学成分为：C0.03-0.07％、Mn1.3-1.7％、Si0.12-0.18％、Cr17-19％、Ti0.08-0.11％、Ni8.4-10.5％、Cu0.5-0.9％、Al0.8-1.5％、N0.08-0.12％、Mo0.2-0.5％、Zr0.11-0.16％、Ca0.18-0.25％、Nb0.01-0.03％，Als0.01-0.014％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述耐磨涂层为TiC-B-Ni-Cr合金材料。
2.根据权利要求1所述的高强度高耐磨的双头螺柱，其特征在于，所述TiC-B-Ni-Cr合金材料的制备方法为：将质量比为1：(0.3-0.5)：(0.1-0.15)：(0.05-0.08)的TiC粉末、B粉末、Ni粉末和Cr粉末置于球磨机中进行球磨，球磨速率为460-520r/min，球磨时间为12-18h，球料比为12：1，即得。
3.根据权利要求1所述的高强度高耐磨的双头螺柱，其特征在于，所述Cr、Ni和Mo在双头螺柱基体化学成分的质量百分比中的满足条件为：26％＜Cr+Ni+Mo≤29.5％。
4.根据权利要求1所述的高强度高耐磨的双头螺柱，其特征在于，所述所述Al、Cu、Zr、Ti和Mn在双头螺柱基体化学成分的质量百分比中的满足条件为：1.55％≤Al+Cu＜Zr+Ti+Mn≤1.95％。
5.如权利要求1-4任一项所述的高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.配料：按质量百分比的双头螺柱基体的化学成分称取原料；
S2.熔炼：将上述称取的原料加入到熔炼炉中熔化，保温30-40min，清除表面浮渣，得熔炼液；将烘烤后的孕育剂置于钢水包底部，用包内充入法对熔炼液进行孕育处理，除渣，将处理后的熔炼液在真空环境下进行在线除氢，过滤，浇铸得到双头螺柱坯体；
S3.将得到的双头螺柱坯体进行酸洗处理，然后进行热处理，车削，磨床，滚丝，得到双头螺柱基体；
S4.将TiC-B-Ni-Cr合金材料的金属粉末与乙醇以20：1的质量比混合，搅拌至粘稠状后，涂覆于双头螺柱基体的外表面，于120℃下干燥2h，然后预热至400-460℃，进行激光熔覆，清除表面残渣，得到所需的双头螺柱。
6.根据权利要求5所述的高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，熔炼温度为1520-1580℃，浇铸温度为1480±10℃。
7.根据权利要求5所述的高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述孕育剂是由以下质量百分比的原料组成：Si25-32％、Al0.2-0.4％、Y3.4-5.6％、Ba2.8-3.7％、Mn0.5-0.9％，余量为铁及不可避免的杂质；所述孕育剂的加入量为所述双头螺柱基体原料总量的0.15-0.22％。
8.根据权利要求5所述的高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，所述热处理依次包括淬火处理和回火处理，将酸洗后的双头螺柱坯体加热到300-350℃后保温30-40min，然后加热至850-900℃后保温15-20min,之后淬入220-300℃的油中并保温10-15min，取出，室温冷却；然后再放入回火炉中进行回火处理，回火处理温度为400-450℃，保温时间为1-2h，空冷至室温。
9.根据权利要求5所述的高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，所述酸洗过程为：将双头螺柱坯体依次放入浓度为20％、22％的盐酸槽中各5min，然后使用喷流式水冲洗。
10.根据权利要求5所述的高强度高耐磨的双头螺柱的制备工艺，其特征在于，所述步骤S4中，所述激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1500W，扫描速度为4mm/s，光斑直径为5mm，搭接率为40％，离焦量为30mm，送粉量为40g/min；激光熔覆过程中选用氩气为保护气体，气体流量15L/min。
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