一種超高溫環(huán)境下真空螺絲的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于緊固件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超高溫環(huán)境下真空螺絲的制造方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 真空螺絲又稱排氣螺絲，是用于真空系統(tǒng)中的螺絲。其外形與普通螺絲幾乎一樣， 差別在于真空螺絲中軸從頭至尾有一個貫穿的孔。在真空系統(tǒng)設(shè)備中，螺絲孔一端是封閉 的，當(dāng)螺絲鎖入時，會有空氣被"關(guān)"在螺絲尾端以及螺絲孔底端之間（即盲孔）;如用普通螺 絲，當(dāng)系統(tǒng)抽真空時，這些被"關(guān)"住的空氣，會因為螺絲的阻擋而不會被迅速抽走，反而會 在抽真空后從螺紋槽縫隙中緩慢排出，對真空系統(tǒng)造成影響甚至污染，使系統(tǒng)真空無法達(dá) 到目標(biāo)值。如果采用真空螺絲，盲孔內(nèi)的氣體會從螺絲中央貫穿的孔被快速抽走，讓系統(tǒng)真 空達(dá)到目標(biāo)值。因此真空螺絲是真空系統(tǒng)設(shè)備中至關(guān)重要的部件之一。
[0003] 現(xiàn)有的真空螺絲大多采用先澆注螺絲本體，再通過打孔裝置在其中軸進(jìn)行貫穿鉆 孔。采用此種方法進(jìn)行鑄造時，會出現(xiàn)卷入空氣以及熔融金屬澆鑄不足等情況，獲得的真空 螺絲內(nèi)部往往容易出現(xiàn)氣孔、縮孔等缺陷問題。并且對其中軸進(jìn)行鉆孔時，一旦偏離中軸即 可能導(dǎo)致真空螺絲的產(chǎn)品質(zhì)量降低，甚至整個真空系統(tǒng)設(shè)備的運行故障，并且容易導(dǎo)致真 空螺絲損壞，提高生產(chǎn)成本。尤其當(dāng)真空螺絲用于超高溫環(huán)境中的真空系統(tǒng)設(shè)備中，其超高 溫環(huán)境下的強度以及韌性等性能是決定整個超高溫環(huán)境中的真空系統(tǒng)設(shè)備能夠保持高效 穩(wěn)定運行的重要保障。
[0004] 因此，針對以上存在的問題研制出一種制造超高溫環(huán)境下真空螺絲的方法，使得 制造出的真空螺絲中氣孔、縮孔出現(xiàn)概率降至最低，并且其位于超高溫環(huán)境下也能具有優(yōu) 秀的強度以及韌性等性能，保證超高溫環(huán)境中的真空系統(tǒng)設(shè)備高效穩(wěn)定運行是本領(lǐng)域技術(shù) 人員所急需解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種超高溫環(huán)境下真空螺絲的制造方法。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 一種超高溫環(huán)境下真空螺絲的制造方法，方法為：設(shè)備烘干與原料預(yù)熱除濕、配料熔 煉、鑄造、螺紋加工以及表面處理；鑄造為不等壓鑄造，預(yù)先制作真空螺絲模具，將配料熔煉 獲得的合金液注入真空螺絲模具中進(jìn)行壓力變化的鑄造。
[0007] 具體方法為： (1) 設(shè)備烘干與原料預(yù)熱除濕：除去熔煉設(shè)備表面可能含有的涂料以及銹跡，將其升溫 至300-350°C后，在其表面均勻噴涂一層保護(hù)涂料；將溫度按照不高于25°C/min的速度升 溫至450-650°C，并保溫0. 5-lh烘干至發(fā)黃備用；并且對熔煉過程中使用到的添加劑以及 輔助原料升溫至100-150°C并保溫20-30min，進(jìn)行充分脫水烘干； (2) 配料熔煉：按照給定的成分重量配比進(jìn)行配料，作為合金原料加入感應(yīng)熔煉爐中， 并升溫至1600-1750°C;待其完全熔化后向其中添加輔助原料，保溫15-20min，形成合金液； 并向爐內(nèi)充入惰性氣體防止合金液吸入氫氣，同時采用旋轉(zhuǎn)除氣法減少合金液中的氣體含 量；最后對合金液進(jìn)行均勻化處理，獲得最終用于后續(xù)制造的合金液； (3) 鑄造：將步驟（3)中的合金液注入鑄造保溫坩堝，設(shè)定不等壓鑄造工藝參數(shù)：氣 源壓力為I. 05-1. 25Mpa，同步壓力為0? 85-lMpa，升液速度為68-75mm/s，充型速度為 64-78mm/s，增壓速度為90-120mm/s，結(jié)晶增壓壓力為0? 015-0. 035Mpa; 注入模具，進(jìn)行不等壓鑄造的升液、充型、保壓、卸壓；向模具型腔和保溫坩堝同時通入 壓縮空氣，調(diào)節(jié)升液壓力為〇. 12-0. 15Mpa，充型壓力為0. 12-0. 15Mpa，下工作罐內(nèi)的坩堝 內(nèi)的熔體在壓力差的作用下經(jīng)升液管沿反重力方向充填石英砂鑄型，充型完成后按照設(shè)定 的增壓速度增壓；當(dāng)上下工作罐的壓力差達(dá)到〇. 〇5Mpa時進(jìn)行保壓，保壓時間為4-6min; 之后將合金液平穩(wěn)注入模具中，并在不等壓作用下凝固結(jié)晶形成螺絲本體鑄件；結(jié)晶 時長為15-25s，保壓時間為75-105S，最后卸壓取出； (4) 螺紋加工：根據(jù)尺寸需要進(jìn)行車螺紋，獲得真空螺絲； (5) 表面處理：對步驟（4)中獲得的真空螺絲進(jìn)行清洗脫脂，晾干后再進(jìn)行清洗瀝水； 然后使用潤滑液均勻涂覆于真空螺絲的表面，形成一層潤滑干膜，并放置于60-70°C的容器 內(nèi)進(jìn)行烘干，保溫〇.5-lh。
[0008] 作為優(yōu)選，步驟（2)中合金原料的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為： Mg:20-35%、Li:5-10%，Co: 1-3%、Ni: 10-15%、V: 1-3%、Si:0? 5-3%、Mn:0? 5-2%、Mo:0? 5-1%、 Nb:0. 5-1%、其余為Fe;輔助原料按照質(zhì)量百分比包括：含65%Cr的工業(yè)用Cr添加劑： 10-15%、熔體流動速率為75-85g/min的聚丙烯：10-15%、潤滑劑：1-2%、無機礦物：5-10%。
[0009] 作為優(yōu)選，聚丙烯的熔體流動速率為75-85g/min。
[0010] 作為優(yōu)選，無機礦物為硅灰石。
[0011] 作為優(yōu)選，潤滑劑為硬脂酸鈣。
[0012] 作為優(yōu)選，步驟（5)中的潤滑液為聚四氟乙烯與粘結(jié)劑的混合液。
[0013]本發(fā)明中真空螺絲選用Mg:20-35%、Li:5-10%，Co:l-3%、Ni:10-15%、V:l-3%、Si: 0? 5-3%、Mn:0? 5-2%、Mo:0? 5-1%、Nb:0? 5-1%、其余為Fe的合金原料以及含65%Cr的工業(yè)用 Cr添加劑：10-15%、聚丙烯：10-15%、潤滑劑：1-2%、無機礦物：5-10%的輔助原料組成。
[0014] 在上述成分中，Mg具有優(yōu)秀的熱消散性；加入少量的Li能使得最后得到的真空螺 絲既輕便又堅硬；添加一定量的Co能夠顯著提高真空螺絲的耐磨性以及切削性能，使其具 有更高的韌性；Ni為強增加淬透性元素，可充分提高真空螺絲的淬透性以及抗沖擊韌性； 微量的V可以賦予真空螺絲一些特殊機能，如提高抗張強度和屈服點；Si在貝氏體轉(zhuǎn)變過 程中具有強烈抑制碳化物析出的特點，并穩(wěn)定和細(xì)化奧氏體，增加的Mn的偏聚；Mn可以提 高珠光體含量，進(jìn)而提高抗拉強度，但當(dāng)含量過高時容易產(chǎn)生偏析，降低真空螺絲的塑性以 及韌性，因此少量即可；Mo能夠增強真空螺絲的高溫強度以及硬度；少量的Nb可使合金的 晶粒細(xì)化，降低真空螺絲的過熱敏感性，提高強度和抗蝕性。輔助原料由含65%Cr的工業(yè)用 Cr添加劑、聚丙稀、潤滑劑以及無機礦物組成；選用含65%Cr的工業(yè)用Cr添加劑能夠為真 空螺絲添加少量的Cr;聚丙烯能夠有效改善真空螺絲的韌性。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，螺絲本體選用特殊的成分配比，使其在超高溫環(huán)境下同 樣擁有優(yōu)秀的機械性能；并采用在中軸處預(yù)留穿孔的不等壓鑄造方式，取代原先的鉆孔操 作，鑄造加工更為高效；并且在鑄造過程中進(jìn)行除氫、除氣、脫氧，減少真空螺絲內(nèi)部氣體含 量、降低氣孔以及縮孔的出現(xiàn)概率，使得真空螺絲鑄件疏松顯著降低，組織更為致密，超高 溫下的力學(xué)性能顯著提高；并且真空螺絲的表面還采用聚四氟乙烯與粘結(jié)劑的混合液進(jìn)行 涂覆，在保證無毒害的同時，使其具有耐高溫、高潤滑的特點。
【具體實施方式】
[0016] 以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體 實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0017] 實施例1: 一種超高溫環(huán)境下真空螺絲的制造方法，方法為：設(shè)備烘干與原料預(yù)熱除濕、配料熔 煉、鑄造、螺紋加工以及表面處理；鑄造為不等壓鑄造，預(yù)先制作真空螺絲模具，將配料熔煉 獲得的合金液注入真空螺絲模具中進(jìn)行壓力變化的鑄造。
[0018] 具體方法為： (1) 設(shè)備烘干與原料預(yù)熱除濕：除去熔煉設(shè)備表面可能含有的涂料以及銹跡，將其升溫 至300°C后，在其表面均勻噴涂一層保護(hù)涂料；將溫度按照25°C/min的速度升溫至450°C， 并保溫0. 5h烘干至發(fā)黃備用；并且對熔煉過程中使用到的添加劑以及輔助原料升溫至 KKTC并保溫20min，進(jìn)行充分脫水烘干； (2) 配料熔煉：按照Mg:20%、Li:10%，Co:1%、Ni:10%、V:3%、Si:0? 5%、Mn:0? 5%、Mo: 0. 5%、Nb:0. 5%、其余為Fe的成分重量配比進(jìn)行配料，作為合金原料加入感應(yīng)熔煉爐中，并 升溫至1600°C;待其完全熔化后向其中添加熔體流動速率為75g/min的聚丙烯：10%、硬脂 酸鈣：2%、硅灰石：5%作為輔助原料，保溫15min，形成合金液；并向爐內(nèi)充入惰性氣體防止 合金液吸入氫氣，同時采用旋轉(zhuǎn)除氣法減少合金液中的氣體含量；最后對合金液進(jìn)行均勻 化處理，獲得最終用于后續(xù)制造的合金液； (3) 鑄造：將步驟（3)中的合金液注入鑄造保溫坩堝，設(shè)定不等壓鑄造工藝參數(shù)：氣源 壓力為I. 05Mpa，同步壓力為0? 85Mpa，升液速度為75mm/s，充型速度為78mm/s，增壓速度為 120mm/s，結(jié)晶增壓壓力為0? 015Mpa; 注入模具，進(jìn)行不等壓鑄造的升液、充型、保壓、卸壓；向模具型腔和保溫坩堝同時通入 壓縮空氣，調(diào)節(jié)升液壓力為〇. 12Mpa，充型壓力為0. 12Mpa，下工作罐內(nèi)的坩堝內(nèi)的熔體在 壓力差的作用下經(jīng)升液管沿反重力方向充填石英砂鑄型，充型完成后按照設(shè)定的增壓速度 增壓；當(dāng)上下工作罐的壓力差達(dá)到0. 〇5Mpa時進(jìn)行保壓，保壓時間為4min; 之后將合金液平穩(wěn)注入模具中，并在不等壓作用下凝固結(jié)晶形成螺絲本體鑄件；結(jié)晶 時長為15s，保壓時間為75s，最后卸壓取出； (4) 螺紋加工：根據(jù)尺寸需要進(jìn)行車螺紋，獲得真空螺絲； (5) 表面處理：對步驟（4)中獲得的真空螺絲進(jìn)行清洗脫脂，晾干后再進(jìn)行清洗瀝水； 然后使用聚四氟乙烯與粘結(jié)劑的混合液均勻涂覆于真空螺絲的表面，形成一層潤滑干膜， 并放置于60°C的容器內(nèi)進(jìn)行烘干，保溫0. 5h。
[0019] 通過上述步驟制造的真空螺絲，組織均勻、晶粒尺寸小，并且在1000°C的超高溫環(huán) 境下通過測試得出其具有良好的力學(xué)性能，具體如下表所示：

實施例2 : 一種超高溫環(huán)境下真空螺