一種長(zhǎng)螺母的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種緊固件的加工方法，具體涉及一種長(zhǎng)螺母的加工方法，屬于長(zhǎng)螺 母加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 緊固件緊固件在市場(chǎng)上也稱為標(biāo)準(zhǔn)件，是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件(或構(gòu)件)緊固 連接成為一件整體時(shí)所采用的一類機(jī)械零件的總稱。它的特點(diǎn)是品種規(guī)格繁多，性能用途 各異，而且標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的程度極高。緊固件是應(yīng)用最廣泛的機(jī)械基礎(chǔ)件，需求量 很大。常用的緊固件包括螺栓、螺釘、螺母等。
[0003]螺母即為螺帽，是采用螺母和螺栓之間的摩擦力進(jìn)行自鎖，但是在動(dòng)載荷中這種 自鎖的可靠性就會(huì)降低。螺母在使用時(shí)，環(huán)境差異較大，低溫、高溫、酸堿性環(huán)境下都有可 能，且螺母在使用時(shí)，需要承受較大的應(yīng)力，因此螺母需要較好的性能。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的螺母一般都采用整體金屬結(jié)構(gòu)，不僅質(zhì)量重，用料成本高，且性能一 般，作為設(shè)備連接緊固件，在設(shè)備中所占重量比較大，不利于降低設(shè)備的整體質(zhì)量，影響生 產(chǎn)、運(yùn)輸和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，提供一種含強(qiáng)度高、易焊接的長(zhǎng)螺母。
[0006]本發(fā)明的上述目的可以通過以下技術(shù)方案得以實(shí)施:一種長(zhǎng)螺母，由螺帽和螺桿 組成，螺帽呈圓盤狀且螺帽外徑大于螺桿外徑，在螺帽中部開設(shè)有與螺桿同軸設(shè)置的圓形 凹孔且圓形凹孔深入至螺桿處，在螺桿外壁上開設(shè)有外螺紋，所述長(zhǎng)螺母由三維網(wǎng)絡(luò)氮化 硅陶瓷/合金鋼復(fù)合材料制成，所述三層層狀多孔氮化硅陶瓷/合金鋼復(fù)合材料包括體積百 分比含量為30-50%的三層層狀多孔氮化娃陶瓷和體積百分比含量為50-70%的合金鋼。
[0007]本發(fā)明長(zhǎng)螺母采用三層層狀多孔碳化硅陶瓷/合金鋼復(fù)合材料制成，三層層狀多 孔SiC陶瓷和合金鋼互為支撐骨架，充分發(fā)揮SiC陶瓷和合金鋼兩類材料的優(yōu)點(diǎn)，有效提高 了長(zhǎng)螺母的高溫穩(wěn)定性、耐磨損性、耐腐蝕性等。在復(fù)合材料中若氮化硅陶瓷的含量過高則 會(huì)增加復(fù)合材料的脆性，降低復(fù)合材料的整體性能，而若氮化硅陶瓷的含量過低則復(fù)合材 料的耐磨性和耐高溫性能得不到提高。
[0008]在上述長(zhǎng)螺母中，作為優(yōu)選，所述合金鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的成分組成：C: 0.17%-0.24%；Mn：1.30%-1.60%；Ti：0.04%-〇. 10%；Al：0.15%-1.20%,Cr：0.50%-1.20%,V：0.003%-0.01%,B：0.0005%-0.0035%；Si <0.30%,S< 0.035%；P< 0.035%, 其余為Fe。
[0009]本發(fā)明使用的鋼中C含量為0.17-0.24%，是一種低碳鋼，塑性和韌性較好，淬透性 較高，經(jīng)淬火后具有硬而耐磨的表面與堅(jiān)韌的心部，所以具有較高的低溫沖擊韌性良好的 加工性，且加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。在本發(fā)明長(zhǎng)螺母復(fù)合材料的合金鋼中，若碳 含量過高，會(huì)導(dǎo)致合金鋼心部韌性的下降，將C含量為0.17-0.24%，穩(wěn)定地保證合金鋼的心 部有足夠的塑性和韌性。由于低碳鋼的強(qiáng)度和硬度會(huì)相對(duì)較低，本發(fā)明適當(dāng)增加了Μη的含 量，以提高合金鋼的強(qiáng)度和硬度。同時(shí)，本發(fā)明的鋼中還同時(shí)含有Ti、V兩種微量元素，與Μη 元素起協(xié)同作用，共同提高合金鋼的強(qiáng)度和硬度。因?yàn)?，Ti、V微量元素不僅可以細(xì)化晶粒， 還可以得到更高體積分?jǐn)?shù)的彌散分布1^((：，《，（(：，《，和￥((：，《析出顆粒，因此，可以同時(shí) 起到細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的作用。
[0010]另一方面，碳當(dāng)量影響元素Μη在0-60nm深度存在富集現(xiàn)象，尤其在0-20nm深度內(nèi) 富集更為明顯，Μη元素含量峰值可達(dá)12%，為母材中含量的8.5倍。Μη元素在表面的富集顯 著提高了表層碳當(dāng)量，使得表層焊接性能急劇惡化。由此可知，表層合金元素Μη的富集是造 成高強(qiáng)度合金鋼不易焊接的主要原因，因此，嚴(yán)格控制合金鋼中的Μη含量，避免多余的Μη在 生產(chǎn)過程中在合金鋼表面富集。Μη元素還與鋼中含有的Cr、Ni、V、B四種元素起協(xié)同作用，提 高鋼的淬透性，從而使鋼經(jīng)滲碳淬火后提高鋼的心部的強(qiáng)度和韌性。
[0011] 由于化學(xué)成分的改變，其顯微組織也發(fā)生改變，本發(fā)明的螺母板不僅具有較高的 強(qiáng)度和硬度，還具有較高的塑性和韌性，且顯著提高了螺母板的加工性能，使其易焊接。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述合金鋼由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的成分組成：C: 0.18 % -0.22 % ;Μη: 1.40%-1.50% ；Ti：0.05%-0.08% ；A1 ：0.30%-1.00% ,Cr：0.60%-0.80% ,V：0.005%-0.008%，Β:0·0008%-0·0030%;Si<0.30%，S< 0.035% ;P< 0.035%，其余為Fe。
[0013] 在上述長(zhǎng)螺母中，作為優(yōu)選，所述的三層層狀氮化硅陶瓷包括上表面層、下表面層 以及上下表面層之間的中間層，其中上表面層和下表面層氮化硅陶瓷的原料組成（質(zhì)量百 分比計(jì))均為90-96%Si3N4和4-10%Υ2〇3,中間層氮化硅陶瓷的原料組成（質(zhì)量百分比計(jì))為 1-5%51〇2、0.5-2%炭黑、4-10%丫2〇3、余量313他。
[0014]本發(fā)明通過改變氮化硅陶瓷中Si3N4與二氧化硅和碳粉的相對(duì)含量，實(shí)現(xiàn)控制氣孔 率，通過改變中間層Si3N4晶種的含量和層間界面對(duì)層狀多孔氮化硅陶瓷燒結(jié)性能、微觀組 織和力學(xué)性能的影響。隨著Si3N4晶種含量的增大，收縮率逐漸降低，氣孔率逐漸減小。以此 種控制多孔氮化硅氣孔率的工藝為基礎(chǔ)，制備三層層狀多孔氮化硅陶瓷。隨著中間層原料 中的Si3N4含量的逐漸增加，整個(gè)層狀多孔氮化硅的收縮率和氣孔率逐漸降低，彎曲強(qiáng)度逐 漸增加。當(dāng)中間層與表面層的收縮率相差較大時(shí)，雖然是弱界面結(jié)合，但產(chǎn)生的界面殘余應(yīng) 力對(duì)層狀多孔氮化硅的力學(xué)性能非常有利。當(dāng)中間層與表面層的收縮率和氣孔率接近時(shí)， 弱界面結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)界面結(jié)合也有利于提高層狀多孔氮化硅陶瓷的力學(xué)性能?？傊?，當(dāng)中 間層的Si3N4含量變化時(shí)，層狀多孔氮化硅陶瓷始終都具有較高的力學(xué)性能。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選，所述炭黑的粒徑為60-80nm，Si02的粒徑為0 · 1-0 · 5μπι，Y2〇3的粒徑為 0 · 2-1 · 2μπι，Si3N4 為α>95 % 的a-Si3N4。
[0016]在上述長(zhǎng)螺母中，所述三層層狀多孔氮化硅陶瓷/合金鋼復(fù)合材料由如下方法制 得：
[0017]分別按上表面層、中間層、下表面層所述的原料配料，分別將配料利用有機(jī)載體浸 漬成型并在0.3-0.61〇^的氮?dú)鈮毫?720-1750°(3下燒結(jié)1-211，分別制得上表面層、中間 層、下表面層的干粉；
[0018]將制得的上表面層、中間層、下表面層的干粉依次敷放，最后在3-4MPa的壓力下壓 制成型，得三層層狀多孔氮化硅陶瓷；
[0019]將三層層狀多孔氮化硅陶瓷與合金鋼利用真空-氣壓鑄造方法制成三層層狀多孔 碳化硅陶瓷/合金鋼復(fù)合材料。
[0020]先制成三層層狀多孔氮化硅陶瓷，再將合金鋼引入三層層狀多孔氮化硅陶瓷中， 使制得的復(fù)合材料中氮化硅陶瓷和合金鋼互為支撐骨架，充分發(fā)揮兩者材料的優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn) 一步提高復(fù)合材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性等物理性能。
[0021 ]作為優(yōu)選，真空-氣壓鑄造方法中的真空度為0.05-0.08MPa。
[0022] 本發(fā)明還公開了上述長(zhǎng)螺母的加工方法，所述的加工方法包括如下步驟：
[0023]將三層層狀多孔碳化硅陶瓷/合金鋼復(fù)合材料先進(jìn)行正火處理，然后機(jī)械加工成 長(zhǎng)螺母坯件，最后將長(zhǎng)螺母坯件進(jìn)行熱處理制得長(zhǎng)螺母。
[0024] 在上述長(zhǎng)螺母的加工方法中，所述的正火處理為等溫正火處理，所述等溫正火處 理的溫度為1600_1700°C，保溫2-3h，正火處理完成出爐后用1.5KW排風(fēng)扇降溫。正火處理為 等溫正火處理，由于本發(fā)明長(zhǎng)螺母基體合金鋼中的碳含量較低，屬于低碳鋼，切削加工性不 佳，而正火處理可以改善其切削加工性。所以本發(fā)明長(zhǎng)螺母在成型后經(jīng)過了正火處理，改 善了鋼材的顯微組織、消除了殘余應(yīng)力，改善了切削加工性，為隨后進(jìn)行的機(jī)械加工做好準(zhǔn) 備。而且，本發(fā)明鋼材采用的是等溫正火處理，解決了普通正火處理時(shí)由于堆冷存在的堆內(nèi) 外及其它因素造成的冷卻條件相差較大，而導(dǎo)致鋼材局部由于冷速過快形成粒貝非平衡組 織，而鋼材一些部位由于冷速過慢析出過多先共析鐵素體而太軟的現(xiàn)象，從而可以獲得均 勻組織，將鋼材的硬度控制在一定范圍內(nèi)，更利于后續(xù)機(jī)械加工的進(jìn)行。
[0025]在上述長(zhǎng)螺母的加工方法中，所述的熱處理包括滲碳處理、回火處理。由于本發(fā)明 鋼材的碳含量較低，屬于低碳鋼，所以使用本發(fā)明鋼材制備得到的長(zhǎng)螺母坯件先進(jìn)行滲碳 處理，使碳原子滲入到長(zhǎng)螺母坯件的表面層，使長(zhǎng)螺母坯件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬 火和回火，使長(zhǎng)螺母坯件表面層具有高硬度和耐磨性，而長(zhǎng)螺母坯件的心部仍然保持著低 碳鋼的韌性和塑性。
[0026] 作為優(yōu)選，所述的滲碳處理為先升溫至950-980°C，保溫70-90min，再降至960-980 °C，保溫30-50min，然后降至920-930°C，保溫20-40min，最后空冷至室溫。本發(fā)明熱處理中 的滲碳處理通過三階段不同溫度下的淬火處理，先消除滲碳層網(wǎng)狀碳化物及細(xì)化心部組 織，然后改善滲層組織，進(jìn)一步提高長(zhǎng)螺母的硬度和耐磨性。
[0027] 作為優(yōu)選，所述回火處理的溫度為250-350°C，回火處理的時(shí)