本發(fā)明涉及標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)領(lǐng)域和復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種不銹鋼/碳鋼冶金復(fù)合螺栓雙道次熱鐓成型工藝。

背景技術(shù)：

普通碳鋼螺栓作為最常見的緊固件應(yīng)用十分廣泛，但是在雨雪、日曬、晝夜溫差等環(huán)境因素的影響下往往會(huì)發(fā)生腐蝕。對(duì)于碳鋼螺栓的防腐，最常見的是在碳鋼表面熱鍍和電鍍鋅層，但這種方法只對(duì)普通環(huán)境具有一定防腐蝕能力，但例如化工廠、核電站這種高腐蝕性的環(huán)境，螺栓腐蝕更加嚴(yán)重。一些重要管道或反應(yīng)釜等由螺栓緊固和密封，且螺栓腐蝕又非常不起眼，但是螺栓一旦因腐蝕而失效，其影響和危害巨大。因此這種環(huán)境中普通鍍鋅碳鋼螺栓已經(jīng)不能滿足其耐腐蝕要求和安全要求。

不銹鋼具有很高的抗腐蝕能力，因此不銹鋼螺栓應(yīng)用而生，但是由于不銹鋼較更高，限制其大范圍使用。不銹鋼/碳鋼冶金復(fù)合螺栓，在碳鋼表面包覆一層不銹鋼并使兩者實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，使其既具有單一不銹鋼的防腐能力，又較單一不銹鋼螺栓具有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于單一金屬的碳鋼螺栓或不銹鋼螺栓的成型工藝已經(jīng)非常成熟，也有專用的螺栓加工設(shè)備，其生產(chǎn)過(guò)程主要有如下步驟：切料、冷鐓、搓絲、表面處理等，其生產(chǎn)過(guò)程中不用考慮金屬間的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題和冶金復(fù)合的問(wèn)題，而對(duì)于高強(qiáng)度螺栓，一般采用紅打工藝，但也只是把螺栓頭部加熱到800-1000℃。因此，相對(duì)于單一金屬螺栓的成型工藝，不銹鋼/碳鋼冶金復(fù)合螺栓的出現(xiàn)本身就具有創(chuàng)新性，其雙道次熱鐓成型工藝又具有其自身的獨(dú)特性和操作性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種方法簡(jiǎn)單，成本低廉，冶金復(fù)合并且適合工業(yè)化生產(chǎn)的不銹鋼/碳鋼冶金復(fù)合螺栓雙道次熱鐓成型工藝。

本發(fā)明采用不銹鋼管和碳鋼鋼筋作為原料，經(jīng)過(guò)坯料制備，雙道次熱鐓成型、熱處理、搓絲、后處理等工序而成。

本發(fā)明的生產(chǎn)方法如下：

1、原料：

不銹鋼鋼管和碳鋼鋼筋。不銹鋼管為無(wú)縫管或直縫焊管，材質(zhì)可根據(jù)耐腐蝕要求選擇304、304l、316、316l等，管壁厚度可根據(jù)螺栓尺寸取2～8mm；所使用的碳鋼鋼筋材質(zhì)可根據(jù)強(qiáng)度和塑性要求選擇低碳鋼、高碳鋼、合金鋼等。不銹鋼管內(nèi)徑比碳鋼鋼筋直徑大1～2mm。

2、原料及處理：

對(duì)不銹鋼管的內(nèi)壁以及碳鋼鋼筋的外壁進(jìn)行拋刷、高壓清洗、干燥處理。

3、復(fù)合坯料制備：

將上述處理完畢的碳鋼鋼筋穿入不銹鋼管內(nèi)，在拉絲機(jī)上進(jìn)行冷拉拔減徑處理，減徑率5～10％，使兩金屬緊密貼合并將管內(nèi)空氣排出。拉拔后，按照冶金復(fù)合螺栓成型后的體積將冷拉復(fù)合鋼筋定尺切段；用專用鉆削工具將成段后的復(fù)合鋼筋兩端的碳鋼芯鉆削一部分，鉆削直徑與碳鋼芯直徑一致，鉆削深度略小于拉拔后不銹鋼管半徑。鉆削加工后，將裸露出的不銹鋼管進(jìn)行緊口、壓實(shí)，最后用不銹鋼焊條焊封。

4、雙道次熱鐓

將制備好的復(fù)合坯料以20℃/s的速率進(jìn)行高頻加熱，時(shí)間為55～58s，加熱溫度1100～1150℃。根據(jù)螺栓尺寸在5～100t機(jī)械式?jīng)_床上以0.1～0.5m/s壓下速度進(jìn)行雙道次熱鐓。采用開式上模進(jìn)行第一道次螺栓桿定徑，之后取掉開式上模，進(jìn)行第二道次熱鐓螺栓頭部成型。

5、熱處理

成型后，在900～1050℃保溫爐內(nèi)保溫1～2小時(shí)，使不銹鋼/碳鋼之間充分實(shí)現(xiàn)冶金復(fù)合。根據(jù)強(qiáng)度要求進(jìn)行淬火熱處理，提高冶金復(fù)合螺栓機(jī)械強(qiáng)度。

6、搓絲

將冷卻的冶金復(fù)合螺栓半成品放入搓絲機(jī)加工螺紋，且可根據(jù)需要加工成粗牙螺紋或細(xì)牙螺紋。

7、后處理

搓絲后，根據(jù)表面質(zhì)量要求對(duì)不銹鋼/碳鋼冶金復(fù)合螺栓進(jìn)行拋丸、噴丸、噴砂、拋刷等表面處理。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、可大幅度節(jié)約不銹鋼材料，降低原料成本，根據(jù)螺栓尺寸，相對(duì)于單一不銹鋼螺栓，可節(jié)約不銹鋼50～75％；

2、熱鐓溫度是影響雙金屬冶金復(fù)合的重要參數(shù)，單一金屬單道次熱鐓的溫度約800～1000℃，而冶金復(fù)合螺栓雙道次熱鐓溫度應(yīng)控制在1100～1150℃，可使不銹鋼層和碳鋼在雙道次熱鐓后形成較好的冶金結(jié)合。

3、保溫溫度和保溫時(shí)間對(duì)于熱鐓后復(fù)合螺栓金屬間冶金結(jié)合強(qiáng)度至關(guān)重要，溫度低，對(duì)復(fù)合不起作用，溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不銹鋼層的氧化嚴(yán)重。經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明提供的保溫溫度和保溫時(shí)間可有效實(shí)現(xiàn)不銹鋼層與碳鋼芯間的冶金結(jié)合，結(jié)合面組織連續(xù)致密，結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)340mpa，同時(shí)，冶金復(fù)合螺栓的表面質(zhì)量好，不銹鋼層厚度分布均勻。

4、所生產(chǎn)的不銹鋼/碳鋼冶金復(fù)合螺栓與單一金屬的不銹鋼螺栓一樣，具有優(yōu)良的耐腐性，機(jī)械強(qiáng)度和塑性變形能力。

5、工藝可操作性強(qiáng)，方法簡(jiǎn)單、適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明應(yīng)用的模具圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例完成后的螺栓剖面；

圖4是本發(fā)明1000℃與1150℃下雙道次熱鐓成型后的金相對(duì)比照片，其中左側(cè)為1000℃，右側(cè)為1150℃；

圖5是本發(fā)明完成后界面處的金相照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

1、原料：采用q235碳鋼鋼筋，304不銹鋼無(wú)縫管為原料，其中不銹鋼管外徑18mm，內(nèi)徑14mm，碳鋼鋼筋直徑為12mm。

2、原料處理：對(duì)上述不銹鋼管內(nèi)壁以及碳鋼鋼筋的外表面進(jìn)行拋刷使其表面粗糙度約為rz6.3，后高壓清洗、干燥處理。

3、復(fù)合坯料的制備：將上述處理完畢的碳鋼鋼筋穿入到不銹鋼管中，在拉拔機(jī)上拉拔處理，拉拔后復(fù)合鋼筋外徑為16.5mm，縮徑率9％。將拉拔后的鋼筋定尺剪切成65mm的小段，并在專用機(jī)床上把小段復(fù)合鋼筋兩段的碳鋼鉆削7mm深。之后將其緊口，并用不銹鋼焊條焊封。

4、將制備完畢的復(fù)合坯料進(jìn)行高頻加熱。在初始溫度30℃下，以20℃/s的溫升速率加熱56s，加熱溫度至1150℃。

5、加熱后，進(jìn)行雙道次熱鐓成型，沖床壓頭壓下平均速度0.2m/s。第一道次熱鐓螺栓桿定徑，采用圖2所示模具。模具為組合式，1、3、9為模具套，2、4、8為模芯。其中開式上模4起導(dǎo)向作用，可沿對(duì)稱面剖分，直徑為16.5mm。下模2起縮徑作用，內(nèi)徑為15.25mm。第一道次熱鐓時(shí)，復(fù)合坯料6在沖棒5的作用下由導(dǎo)向上模4進(jìn)入下模2中，使復(fù)合坯料的下端縮徑至15.25mm。

6、第一道次完畢后將開式上模4與模具套3更換為模具8和模具套9組成的上模，進(jìn)行第二道次熱鐓螺栓頭部成型。之后提起模具8，由下頂桿7將半成品螺栓頂出。

7、將雙道次熱鐓后的半成品螺栓放入到1000℃的保溫爐中保溫1小時(shí)，進(jìn)一步促進(jìn)兩金屬間的冶金結(jié)合，之后水冷快速至室溫。

8、冷卻后進(jìn)行搓絲處理，得到m16的不銹鋼/碳鋼冶金復(fù)合螺栓。圖3為本發(fā)明實(shí)施例完成后的冶金復(fù)合螺栓剖面。

9、對(duì)冶金復(fù)合螺栓表面進(jìn)行拋刷處理，去除表面氧化層和其它雜質(zhì)。

熱鐓溫度是影響雙金屬冶金復(fù)合的重要參數(shù)，單一金屬單道次熱鐓的溫度約800～1000℃，而冶金復(fù)合螺栓雙道次熱鐓溫度應(yīng)控制在1100～1150℃，可使不銹鋼層和碳鋼在雙道次熱鐓后形成較好的冶金結(jié)合，結(jié)合附圖4可見，可以看到1000℃下雙道次熱鐓后金屬間界面仍存在明顯縫隙，而1150℃下第二道次熱鐓后兩金屬界面附近形成良好的冶金結(jié)合。

保溫溫度和保溫時(shí)間對(duì)于熱鐓后復(fù)合螺栓金屬間冶金結(jié)合強(qiáng)度至關(guān)重要，溫度低，對(duì)復(fù)合不起作用，溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不銹鋼層的氧化嚴(yán)重。經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明提供的保溫溫度和保溫時(shí)間可有效實(shí)現(xiàn)不銹鋼層與碳鋼芯間的冶金結(jié)合，結(jié)合面組織連續(xù)致密，結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)340mpa，圖5是本發(fā)明完成后界面處的金相照片。同時(shí)，冶金復(fù)合螺栓的表面質(zhì)量好，不銹鋼層厚度分布均勻。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。