CN104439940A - 一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，按照碳素钢：80-90%，铁屑：10-20%的比例调配铸造配料，铸造中直接辗扩成形，省去了现有工艺中的下料、锻造和冲孔工序；本发明所设计的一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，减少铸坯在铸造过程中的缩孔、缩松、偏析等缺陷和尽可能使晶粒细化，制造出可满足辗扩成形性能需求的高质量的紧固螺母，同时具有明显的屈服平台且屈服平台不随时间延长而消失，抗滞后断裂性强、塑性高且加工制造污染少、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺。
背景技术
现在很多大钢厂试生产的紧固件主要通过添加“V”或“VN”合金来达到提高强度的目的，添加量达到0.15%左右,众所周知,添加合金成本将提高300-400元，而大规模化生产该品种紧固件时，由于受合金成份变化、生产速度、冶炼及轧制工艺等因素的限制，所生产的产品质量也不稳定，经常出现强度低、强屈比不合格的现象，特别是14mm以下规格的产品更严重。
在现有技术中，紧固件热辗扩成形工艺，都是以锻坯为原料，通过锻造-冲孔-辗扩工艺来实现环件的成形，该工艺先生产出钢锭，然后在钢厂的锻锤或其他设备上开坯，生产出圆坯或方坯，运到环件生产企业后要通过锯床下料，获得环件所需的坯料，再由大型液压机或其他锻压设备锻造，制成圆坯，再通过冲孔工艺获得环形毛坯，然后通过辗环机辗扩成形；这个工艺流程冗长；开坯、锻造、冲孔工艺都是热加工，需要对坯料加热；钢厂开坯、锯床下料、锻造、冲孔都需要大型设备，不仅投资大，而且消耗能源动力；冲孔工艺和多次加热造成了材料浪费；存在能源动力消耗大、材料浪费严重、效率低、成本高、增加排放和污染环境等问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了提供一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，减少铸坯在铸造过程中的缩孔、缩松、偏析等缺陷和尽可能使晶粒细化，制造出可满足辗扩成形性能需求的高质量的紧固螺母，同时具有明显的屈服平台且屈服平台不随时间延长而消失，抗滞后断裂性强、塑性高且加工制造污染少、成本低。
为了解决上述技术问题，本发明设计了一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，包括以下具体步骤：
（1）根据紧固螺母的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，所述铸型冒口设置于其外曲面上且沿垂直于外曲面的方向延伸1.5CM，然后将铸型置于烘炉中在220-250℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：90-93%，酚醛树脂：2-4%，有机膨润土：1.5-2.5%及二氧化钛：0.5-1%；
（3）按照碳素钢：80-90%，铁屑：10-20%的比例调配铸造配料，将铸造配料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1680-1700℃，冶炼时间为3.7-4.0h；
所述碳素钢重量百分比化学成分为：C:0.18﹣0.3%，Si:0.6﹣0.9%，Mn:1.3﹣1.9%；Cr:0.05﹣0.1%，Nb:0.01﹣0.05%，V:0.10﹣0.20%，Ni:0.01﹣0.03%，B：0.002﹣0.004%，P<0.023% ，S<0.023%，余量为Fe；
本发明中碳素钢的选择，保证了抗拉强度达到690/Mpa，断后伸长率达到18.20%，端面收缩率达到38%，屈服点延伸率延伸率达到45.4J，屈服点伸长率达到880/Mpa，电缆桥架的各项性能得到了大大的提高；
（4）将添加入合金元素的铸造原料溶液进行镇静3-5min，然后向铸型内浇铸形成紧固螺母坯，浇注温度为1540-1550℃，浇注速度为67-70kg/s，浇注时间为1.5-2.5s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
所述变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后对紧固螺母坯进行依次经正火、回火及调质热处理；
（6）对步骤（5）中经调质热处理后的紧固螺母坯进行冷却工序降至室温，对降至室温的紧固螺母坯进行细磨与抛丸处理，最终得到能直接使用于铸辗复合成形的紧固螺母；
该工艺与传统工艺相比，直接辗扩成形，省去了现有工艺中的下料、锻造和冲孔工序，减少了坯料加热次数，提高了生产效率，节约了能源、人力和设备投资，有利于缩短工艺流程、提高生产效率、实现节能减排和清洁生产，具有重要的理论意义和实用价值；紧固螺母坯经调质热处理后，抗拉强度、屈服强度、室温冲击吸收攻和硬度都达到了铸件的标准并得到了强化；
本发明中通过新的铸型配方和冶炼铸造的工艺参数，并适当提高冶炼的温度、降低浇注温度和控制浇注速度等措施可以有效的控制铸件凝固过程、实现晶粒细化和消除铸造缺陷，保证了铸件的质量。
本发明的限定技术方案为：
进一步的，前述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，其重量百分比化学成分为：C:0.24%，Si：0.6%，Mn:1.6%，Cr:0.08%，Nb：0.02%，V:0.10%，Ni：0.03%，B：0.002%，P：0.020%，S：0.015%，余量为Fe。
前述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，其重量百分比化学成分为：C:0.3%，Si：0.7%，Mn:1.9%，Cr:0.06%，Nb:0.05%，V:0.20%，Ni：0.01%，B：0.003%，P：0.021%，S：0.018%，余量为Fe。
前述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，步骤（5）中的紧固螺母坯进行正火、回火及调质热处理的具体操作为：
正火：将紧固螺母坯送入炉中加热至850-900℃，并炉冷却至420-450℃，随后打开炉门继续缓冷至250-300℃出炉空冷至室温；
回火：将经正火后的紧固螺母坯炉热至680-700℃，然后保温20-25min后出炉进行水冷或油冷至室温；
调质热处理：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度720-730℃，到温后保温9-11min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为800-820℃，到温后保温9-12min，第二段加热温度为785-795℃，到温后保温10-13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为720-730℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为700-715℃加热，到温后保温9-11min；
本发明通过调质热处理，可使紧固螺母坯表面产生1-3mm厚回火马氏体组织，有效提高的其抗水蚀能力；另外，两次回火中第二次回火温度小于第一次回火温度可以减小表面和心部的温度之差，使紧固螺母坯厚度方向组织细小均匀；正火后回火进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；
回火后冷却，通过水冷与空冷结合的方法，先以较快的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过较慢的水冷冷却至室温，不仅可提高紧固螺母坯的抗水蚀能力，而且可以使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，保证了紧固螺母坯的抗腐蚀性能，起到了意想不到的技术效果。
前述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，步骤（6）中抛丸处理后在紧固螺母内外表面涂覆有机硅树脂耐高温涂料，所述有机硅树脂耐高温涂料各组分质量分数百分比为：硼改性有机硅树脂：45-58%，耐热颜填料：35—45%，助剂：2%-4%，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂或环氧改性硅硼树脂；
所述耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且所述纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
纳米二氧化硅由于和基料的基本结构大致相同，粒径也较小，能够更好地填充到树脂基料的间隙中，甚至能够成为树脂基料网络结构一部分，对高交联度的耐热体型结构有很好的补充作用，使得树脂在受热分解时可以形成一层耐热性能优良的SiO2耐热保护层，阻止了内层树脂基料的继续分解，能够赋予漆膜更好的热稳定性；
所述阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：3-6份， 石墨：11-15份，黑碳化硅：21-35份，细晶氧化铝：26-30份，二硫化钼：6-11份，氧化锌：3-5份，滑石粉：3-6份；
阻隔型功能填料中采用二硫化钼、石墨、滑石粉，石墨材料由于特有的晶体结构使其易产生滑移，同时石墨干摩擦润滑剂具有吸附性，可以形成一层润滑膜（石墨晶体膜），起到减少摩擦磨损的作用，具有良好的散热性和导热性；
所述助剂为按质量份数计包括以下组分：
分散剂：11-15份，润湿剂：2-6份，固化剂22-50份，消光剂：3-6份，成膜助剂：6-10份，增稠剂：6-10份，羟乙基纤维素：6-10份，pH调节剂：2－5份，硅烷偶联剂：40-60份。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，包括以下具体步骤：
（1）根据紧固螺母的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，所述铸型冒口设置于其外曲面上且沿垂直于外曲面的方向延伸1.5CM，然后将铸型置于烘炉中在220-250℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：90-93%，酚醛树脂：2-4%，有机膨润土：1.5-2.5%及二氧化钛：0.5-1%；
（3）按照碳素钢：80-90%，铁屑：10-20%的比例调配铸造配料，将铸造配料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1680-1700℃，冶炼时间为3.7-4.0h；
所述碳素钢重量百分比化学成分为：C:0.24%，Si：0.6%，Mn:1.6%，Cr:0.08%，Nb：0.02%，V:0.10%，Ni：0.03%，B：0.002%，P：0.020%，S：0.015%，余量为Fe；
本发明中碳素钢的选择，保证了抗拉强度达到690/Mpa，断后伸长率达到18.20%，端面收缩率达到38%，屈服点延伸率延伸率达到45.4J，屈服点伸长率达到880/Mpa，电缆桥架的各项性能得到了大大的提高；
（4）将添加入合金元素的铸造原料溶液进行镇静3-5min，然后向铸型内浇铸形成紧固螺母坯，浇注温度为1540-1550℃，浇注速度为67-70kg/s，浇注时间为1.5-2.5s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
所述变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后对紧固螺母坯进行依次经正火、回火及调质热处理，具体为：
正火：将紧固螺母坯送入炉中加热至850-900℃，并炉冷却至420-450℃，随后打开炉门继续缓冷至250-300℃出炉空冷至室温；
回火：将经正火后的紧固螺母坯炉热至680-700℃，然后保温20-25min后出炉进行水冷或油冷至室温；
（6）对步骤（5）中经调质热处理后的紧固螺母坯进行冷却工序降至室温，对降至室温的紧固螺母坯进行细磨与抛丸处理，最终得到能直接使用于铸辗复合成形的紧固螺母；
抛丸处理后在紧固螺母内外表面涂覆有机硅树脂耐高温涂料，所述有机硅树脂耐高温涂料各组分质量分数百分比为：硼改性有机硅树脂：45-58%，耐热颜填料：35—45%，助剂：2%-4%，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂或环氧改性硅硼树脂；
所述耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且所述纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
纳米二氧化硅由于和基料的基本结构大致相同，粒径也较小，能够更好地填充到树脂基料的间隙中，甚至能够成为树脂基料网络结构一部分，对高交联度的耐热体型结构有很好的补充作用，使得树脂在受热分解时可以形成一层耐热性能优良的SiO2耐热保护层，阻止了内层树脂基料的继续分解，能够赋予漆膜更好的热稳定性；
所述阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：3-6份， 石墨：11-15份，黑碳化硅：21-35份，细晶氧化铝：26-30份，二硫化钼：6-11份，氧化锌：3-5份，滑石粉：3-6份；
阻隔型功能填料中采用二硫化钼、石墨、滑石粉，石墨材料由于特有的晶体结构使其易产生滑移，同时石墨干摩擦润滑剂具有吸附性，可以形成一层润滑膜（石墨晶体膜），起到减少摩擦磨损的作用，具有良好的散热性和导热性；
所述助剂为按质量份数计包括以下组分：
分散剂：11-15份，润湿剂：2-6份，固化剂22-50份，消光剂：3-6份，成膜助剂：6-10份，增稠剂：6-10份，羟乙基纤维素：6-10份，pH调节剂：2－5份，硅烷偶联剂：40-60份。
实施例2
本实施例提供了一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，包括以下具体步骤：
（1）根据紧固螺母的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，所述铸型冒口设置于其外曲面上且沿垂直于外曲面的方向延伸1.5CM，然后将铸型置于烘炉中在220-250℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：90-93%，酚醛树脂：2-4%，有机膨润土：1.5-2.5%及二氧化钛：0.5-1%；
（3）按照碳素钢：80-90%，铁屑：10-20%的比例调配铸造配料，将铸造配料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1680-1700℃，冶炼时间为3.7-4.0h；
所述碳素钢重量百分比化学成分为：C:0.3%，Si：0.7%，Mn:1.9%，Cr:0.06%，Nb:0.05%，V:0.20%，Ni：0.01%，B：0.003%，P：0.021%，S：0.018%，余量为Fe；
本发明中碳素钢的选择，保证了抗拉强度达到690/Mpa，断后伸长率达到18.20%，端面收缩率达到38%，屈服点延伸率延伸率达到45.4J，屈服点伸长率达到880/Mpa，电缆桥架的各项性能得到了大大的提高；
（4）将添加入合金元素的铸造原料溶液进行镇静3-5min，然后向铸型内浇铸形成紧固螺母坯，浇注温度为1540-1550℃，浇注速度为67-70kg/s，浇注时间为1.5-2.5s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
所述变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后对紧固螺母坯进行依次经正火、回火及调质热处理，具体为：
正火：将紧固螺母坯送入炉中加热至850-900℃，并炉冷却至420-450℃，随后打开炉门继续缓冷至250-300℃出炉空冷至室温；
回火：将经正火后的紧固螺母坯炉热至680-700℃，然后保温20-25min后出炉进行水冷或油冷至室温；
调质热处理：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度720-730℃，到温后保温9-11min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为800-820℃，到温后保温9-12min，第二段加热温度为785-795℃，到温后保温10-13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为720-730℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为700-715℃加热，到温后保温9-11min；
（6）对步骤（5）中经调质热处理后的紧固螺母坯进行冷却工序降至室温，对降至室温的紧固螺母坯进行细磨与抛丸处理，最终得到能直接使用于铸辗复合成形的紧固螺母；
抛丸处理后在紧固螺母内外表面涂覆有机硅树脂耐高温涂料，所述有机硅树脂耐高温涂料各组分质量分数百分比为：硼改性有机硅树脂：45-58%，耐热颜填料：35—45%，助剂：2%-4%，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂或环氧改性硅硼树脂；
所述耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且所述纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
纳米二氧化硅由于和基料的基本结构大致相同，粒径也较小，能够更好地填充到树脂基料的间隙中，甚至能够成为树脂基料网络结构一部分，对高交联度的耐热体型结构有很好的补充作用，使得树脂在受热分解时可以形成一层耐热性能优良的SiO2耐热保护层，阻止了内层树脂基料的继续分解，能够赋予漆膜更好的热稳定性；
所述阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：3-6份， 石墨：11-15份，黑碳化硅：21-35份，细晶氧化铝：26-30份，二硫化钼：6-11份，氧化锌：3-5份，滑石粉：3-6份；
阻隔型功能填料中采用二硫化钼、石墨、滑石粉，石墨材料由于特有的晶体结构使其易产生滑移，同时石墨干摩擦润滑剂具有吸附性，可以形成一层润滑膜（石墨晶体膜），起到减少摩擦磨损的作用，具有良好的散热性和导热性；
所述助剂为按质量份数计包括以下组分：
分散剂：11-15份，润湿剂：2-6份，固化剂22-50份，消光剂：3-6份，成膜助剂：6-10份，增稠剂：6-10份，羟乙基纤维素：6-10份，pH调节剂：2－5份，硅烷偶联剂：40-60份。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）根据紧固螺母的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，所述铸型冒口设置于其外曲面上且沿垂直于外曲面的方向延伸1.5CM，然后将铸型置于烘炉中在220-250℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：90-93%，酚醛树脂：2-4%，有机膨润土：1.5-2.5%及二氧化钛：0.5-1%；
（3）按照碳素钢：80-90%，铁屑：10-20%的比例调配铸造配料，将铸造配料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1680-1700℃，冶炼时间为3.7-4.0h；
所述碳素钢重量百分比化学成分为：C:0.18﹣0.3%，Si:0.6﹣0.9%，Mn:1.3﹣1.9%；Cr:0.05﹣0.1%，Nb:0.01﹣0.05%，V:0.10﹣0.20%，Ni:0.01﹣0.03%，B：0.002﹣0.004%，P<0.023% ，S<0.023%，余量为Fe；
（4）将添加入合金元素的铸造原料溶液进行镇静3-5min，然后向铸型内浇铸形成紧固螺母坯，浇注温度为1540-1550℃，浇注速度为67-70kg/s，浇注时间为1.5-2.5s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
所述变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后对紧固螺母坯进行依次经正火、回火及调质热处理；
（6）对步骤（5）中经调质热处理后的紧固螺母坯进行冷却工序降至室温，对降至室温的紧固螺母坯进行细磨与抛丸处理，最终得到能直接使用于铸辗复合成形的紧固螺母。
2.根据权利要求1所述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，其特征在于，其重量百分比化学成分为：C:0.24%，Si：0.6%，Mn:1.6%，Cr:0.08%，Nb：0.02%，V:0.10%，Ni：0.03%，B：0.002%，P：0.020%，S：0.015%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，其特征在于，其重量百分比化学成分为：C:0.3%，Si：0.7%，Mn:1.9%，Cr:0.06%，Nb:0.05%，V:0.20%，Ni：0.01%，B：0.003%，P：0.021%，S：0.018%，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，其特征在于，步骤（5）中的紧固螺母坯进行正火、回火及调质热处理的具体操作为：
正火：将紧固螺母坯送入炉中加热至850-900℃，并炉冷却至420-450℃，随后打开炉门继续缓冷至250-300℃出炉空冷至室温；
回火：将经正火后的紧固螺母坯炉热至680-700℃，然后保温20-25min后出炉进行水冷或油冷至室温；
调质热处理：采用一次正火+两次回火，第一次回火温度大于第二次回火温度；正火：正式火温度720-730℃，到温后保温9-11min；第一次回火：采用分段加热，第一段加热温度为800-820℃，到温后保温9-12min，第二段加热温度为785-795℃，到温后保温10-13min，然后空冷至室温后进行第二次正火；第二次回火：采用分段加热，第一段加热温度为720-730℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为700-715℃加热，到温后保温9-11min。
5.根据权利要求1所述的基于铸辗复合成形的紧固螺母铸造工艺，其特征在于，步骤（6）中抛丸处理后在紧固螺母内外表面涂覆有机硅树脂耐高温涂料，所述有机硅树脂耐高温涂料各组分质量分数百分比为：硼改性有机硅树脂：45-58%，耐热颜填料：35—45%，助剂：2%-4%，其中，硼改性有机硅树脂为硼酸改性有机硅树脂或环氧改性硅硼树脂；
所述耐热颜填料包括：
纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉且所述纳米二氧化硅、阻隔型功能填料及铝粉的质量比为1.5:1:1；
所述阻隔型功能填料按质量份数计包括以下组分：
空心玻璃微珠：3-6份， 石墨：11-15份，黑碳化硅：21-35份，细晶氧化铝：26-30份，二硫化钼：6-11份，氧化锌：3-5份，滑石粉：3-6份；
所述助剂为按质量份数计包括以下组分：
分散剂：11-15份，润湿剂：2-6份，固化剂22-50份，消光剂：3-6份，成膜助剂：6-10份，增稠剂：6-10份，羟乙基纤维素：6-10份，pH调节剂：2－5份，硅烷偶联剂：40-60份。
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