一種合金螺桿材料及其螺桿的生產工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及注塑螺桿生產【技術領域】，公開了一種合金螺桿材料及其螺桿的生產工藝，該合金螺桿材料由20～60％的鉬Mo、10～40％的硼化鐵FeB、5～20％的鉻Cr；2～30％的鎳Ni、1～7％的錳Mn、0.1～1％的碳C和余量的鐵Fe的原料粉末配置而成，其生產工藝為：模具準備-原料配置-壓制坯料(冷等靜壓/模壓)-制成坯體(熱等靜壓/真空爐燒結)-正火處理-加工成型，本發(fā)明的合金螺桿材料硬度高，抗彎強度好，密度和鋼體接近，斷裂韌性高，耐磨性優(yōu)異，耐腐蝕性能優(yōu)良，其采用該材料制成合金螺桿的生產工藝，使得塑膠成型更為穩(wěn)定，大大提高了制成合金螺桿的成功率，保證了注塑螺桿在生產過程中的長期穩(wěn)定性。
【專利說明】一種合金螺桿材料及其螺桿的生產工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及注塑擠出、抽粒螺桿生產【技術領域】，特指一種具有三元硼化物基金屬陶瓷成分的合金螺桿材料及其螺桿的生產工藝。
【背景技術】
[0002]現有塑膠成型螺桿生產領域中，在對塑膠產品綜合性能要求越來越高的前提下，在特種注塑越發(fā)普及的情況下，注塑成型在螺桿塑化過程中，工程塑膠、粉末冶金注射、陶瓷注射成型、磁鐵鐵粉、電木、BMC等嚴重磨損腐蝕領域，對螺桿造成了劇烈的磨損及劇烈的腐蝕，如磁鐵粉90%、加纖65%、PPS+65%加纖、高環(huán)保、高阻燃條件下的塑膠成型，螺桿的使用壽命經常只有1-2個月的生產穩(wěn)定周期，對此造成大量的塑膠材料及資源浪費，嚴重制約了生產成型企業(yè)的正常運轉；因為螺桿材料的缺失，致使國內在這一領域目前還是空白。
[0003]就國外而言，早期螺桿制作的工藝步驟一般是采用38CrMoAl (SACM645)調質定型后加工并經7 2小時的氮化處理后制得，此類螺桿的表面具氮化層僅有0.3-0.7_，耐磨性差，無法應對現今高玻璃纖維、礦纖維、碳纖維、高阻燃、高磨料磨損場合，僅有I個月左右的生產穩(wěn)定周期，便無法生產成型。后來，隨著全硬化螺桿的工藝推出，一定程度緩解螺桿磨損問題，其采用工具鋼、高速鋼、粉末高速鋼或特種鋼材，經過全硬化處理，通過材料整體硬化獲得高抗扭、不易扭斷、持續(xù)的高耐磨的全硬化螺桿，如日本通過采用專用螺桿鋼種，先將材料進行預硬化到HRC60-64，再進行CNC整體磨削而成，此種工藝解決了全硬化螺桿在加工后硬化處理所帶來的因變形校正而硬度降低、不均勻，從而提高了螺桿的性能，此工藝主要應用于特種成型場合，在高端螺桿行業(yè)中處于主導地位，但在高腐蝕場合卻表現出一定的局限性。
[0004]就國內而言，國外技術材料封鎖出口，無法獲取專用螺桿材料，只能利用國內能購買到的，如:熱作模具鋼(SKD61)、冷作模具鋼(SKDll)、高速鋼(SKH55)、粉末冶金高速鋼(ASP23)及工具鋼(CPM3V)所制成的全硬化螺桿，通過牙型全磨CNC工藝制作的更是沒有，因為從成型效率、熱處理水平，都比較難達到這一水準，故用其制作的螺桿質量參差不齊，在耐磨損領域雖有表現，但還是不盡人意，耐腐蝕方面更不能與國外相提并論，惡劣的磨損及腐蝕狀況，使得螺桿使用壽命不超過兩個月。后來，隨著覆層合金螺桿工藝的出現，曾一度改善了以上材料及工藝、使用壽命的時間，其制作工藝為:基材通常選用調質料HRC26-28，在其螺桿的表面通過音速火焰噴槍或超音速噴槍噴涂一層具有一定厚度的鎳基、鈷基、鐵基合金層一火焰重熔一合金層，提高了耐磨性和耐腐蝕性，使用壽命在同等環(huán)境下有所提高。另外，利用國外進口的超音速噴涂Co+Cr+Wc合金粉末在基材螺桿表面形成一層超耐磨、耐腐蝕合金層，提高了螺桿性能，該工藝得到一定程度上的推廣。然而，不論是覆層合金螺桿工藝還是螺桿表面噴涂Co+Cr+Wc合金層的工藝，都不能很好地解決合金層脫落問題。因兩種材質的膨脹系不一致，導致的裂紋也得不到很好的解決，故推廣應用的成本較高。且易出現兩極分化，即質量合格的使用壽命會較長，質量控制不合格的使用壽命會非常短，往往使用幾天就會造成合金層的脫落、扭裂等缺陷。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現有技術中的不足之處而提供一種合金螺桿材料，該材料硬度高，高溫性能優(yōu)異，抗彎強度好，密度和鋼體接近，斷裂韌性高，耐磨性優(yōu)異，耐腐蝕性能優(yōu)良，并進一步提供了一種采用該材料制成合金螺桿的生產工藝，通過該生產工藝使得塑膠成型更為穩(wěn)定，大大提高了制成合金螺桿的成功率，保證了注塑螺桿生產過程中的長期穩(wěn)定性。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案:
[0007]一種合金螺桿材料，所述合金螺桿材料按以下原料粉末的質量分數比配比而成:
[0008]鑰Mo:20 ~60% ;硼化鐵 FeB: 10 ~40% ;鉻 Cr:5 ~20% ;鎳附:2 ~30% ;錳Mn:1 ~7% ;碳 C:0.1 ~1% ;#Fe:余量。
[0009]進一步地，所述各原料粉末的粉度如下 :
[0010]鑰Mo:2 ~IOiim ;硼化鐵 FeB: 10 ~45 y m ;鉻 Cr:10 ~45 y m ;鎳 N1:2 ~10 y m ;猛 Mn: 10 ~45 u m ;鐵 Fe:2 ~10 u m。
[0011]進一步地，所述各原料粉末的純度如下:
[0012]鑰Mo:99.8%以上;硼化鐵FeB:99.7%以上;鉻0:99.8%以上;鎳祖:99.5%以上；錳胞:99.5%以上；#Fe:99.5%以上。
[0013]一種以上述合金螺桿材料制作合金螺桿的生產工藝，其生產工藝步驟如下:
[0014]I)模具準備:根據待制作合金螺桿的長度需要選取管材，加工管材內孔，制作相應豐吳具；
[0015]2)原料配置:按照合金螺桿材料所需組分取原料粉末混合均勻，制成初始粉末；
[0016]3)壓制坯料:將制成的初始粉末填滿到空置的模具型腔，并充分壓實，并對模具型腔預抽真空，保持較高的真空狀態(tài)，制得預燒結坯料；
[0017]4)制成坯體:制得預燒結坯料進行燒結處理，制得合金螺桿坯體；
[0018]5)正火處理:對制得的合金螺桿坯體進行1-2次的正火處理；
[0019]6)加工成型:去除模具，對經正火處理后的合金螺桿坯體磨削外圓至所需尺寸后，磨削牙形，最后對坯體未加工部分進行后續(xù)的加工處理，制得合金螺桿成品。
[0020]其中，所述模具以含碳量低的管材作為模具的管套，管套內孔中設有芯棒，在管套的一端設有具通孔的帶孔堵頭，管套的另一端設有無孔堵頭。
[0021]進一步地，所述管套的含碳量低于0.25%，管套內側面兩端口處形成60°倒角，管套的壁厚為直徑5~7mm，設在管套對應端的帶孔堵頭和無孔堵頭內端面邊緣亦形成倒角，帶孔堵頭、無孔堵頭的倒角斜面與管套的60°倒角斜面緊密配合，帶孔堵頭和無孔堵頭的上端還形成有垂直面，各該垂直面與對應的60°倒角斜面間形成焊縫，在制作預燒結坯料時，僅需將設置有芯棒的管套兩端的帶孔堵頭和無孔堵頭以保護氣于對應焊縫處焊接封管，再配合帶孔堵頭的通孔對模具型腔進行抽真空處理后，封閉通孔，形成密封真空狀態(tài)，型腔中的真空度為1.0 X 10_2~1.0 X 10_3Pa，其中，帶孔堵頭和無孔堵頭的高度為3~4mm，垂直面的高度為1mm，帶孔堵頭的通孔直徑為1.5~5mm，管套優(yōu)選低碳鋼材質的管材，保護氣優(yōu)選氬氣或氮氣。[0022]進一步地，所述芯棒由芯桿和芯柄組成，芯桿、芯柄的長度分別與待制作螺桿的螺紋有效長度、尾部光圓長度相一致，芯桿的直徑小于芯柄直徑的6~20mm以上，其中，帶孔堵頭與芯桿的距離為5~10mm，芯桿的前端面呈圓弧形，芯柄的直徑大小與管套內孔的大小緊密配合。
[0023]進一步地，在配置所述初始粉末時，按組分將各原料粉末以球磨方式在保護氣中混合12~24h，使原料粉末混合均勻，其中的球磨方式采用球磨罐配合硬質合金球，其中的保護氣優(yōu)選氬氣或氮氣。
[0024]進一步地，在制作所述預燒結坯料時，以模壓或冷等靜壓方式將填充于模具型腔中的初始粉末充分壓實。
[0025]進一步地，在制作所述合金螺桿坯體時，可采用熱等靜壓方式，將預燒結坯料垂直放立在熱等靜壓爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立，或采用真空爐燒結方式，將預燒結坯料垂直放立在真空爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立。
[0026]再進一步地，在制作所述合金螺桿坯體時，將填充并保持內部真空的模具置于保護氣中，以每5~20°C /min速率升溫至1090~1280°C，在升溫的同時0.5~3.5MPa/min施加壓力至100~200MPa，并保持30~120min，再隨爐冷卻降壓至常溫常壓，其中的保護氣優(yōu)選氬氣或氮氣。
[0027]再進一步地，焊接封管使用的保護氣與配置原料、制成坯體時使用的保護氣為同一種氣體。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于:通過對合金螺桿材料中各原料配比的控制，以保證制作出來的材料的強度和硬度，于材料中加入含錳的原料粉末，以進一步提高材料的強度和硬度，同時，還擴大了材料的燒結溫度范圍；該合金螺桿材料硬度高，抗彎強度好，密度和鋼體接近，斷裂韌性高，耐磨性優(yōu)異，耐腐蝕性能優(yōu)良，而且，通過在生產工藝中運用了熱等靜壓工藝技術，使得材料成型更為穩(wěn)定，大大提高了制成合金螺桿坯體的成功率，保證了螺桿在惡劣的程序工況下，其使用壽命大大超過現有各種螺桿的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
[0030]圖2是發(fā)明模具的全剖視圖。
[0031]圖3是圖2中A處的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0032]以下結合說明書附圖以及各【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明:
[0033]具體實施例1:
[0034]首先，根據待制作合金螺桿的長度需要選取含碳量低于0.25%且壁厚為直徑5mm的管材作為模具的管套1，優(yōu)選低碳鋼，加工管材內孔，并于管套I內側面兩端口處形成60°倒角，接著，加工一無孔堵頭4和一中心開設有直徑1.5_通孔31的帶孔堵頭3，兩者高度均為3_，且均于其中一端形成與60°倒角斜面相配合的倒角，帶孔堵頭3和無孔堵頭4的另一端還形成有垂直面，垂直面的高度為1_，下一步，制作具有芯桿21和芯柄22的芯棒2，芯桿21的前端面呈圓弧形，以避免壓制預燒結坯料時，芯桿21的徑向收縮，保證合金螺桿的良品率，芯桿21、芯柄22的長度分別與待制作螺桿的螺紋有效長度、尾部光圓長度相一致，芯桿21的直徑小于芯柄22直徑的6mm以上，制作出如圖2所示的相應模具各組件，其中，各倒角斜面在設置到管套I時，與管套I的60°倒角斜面緊密配合，各該垂直面在設置到管套I時，與對應的60°倒角斜面間形成如圖3所示的焊縫a，芯柄22的直徑大小與管套I內孔的大小緊密配合，模具組裝完畢時，帶孔堵頭3與芯桿21前端面的距離為5_。
[0035]其次，按以下原料粉末的質量分數比配比，以球磨方式，在球磨罐中配合硬質合金球混合12h (hour,小時)，制得初始粉末:
[0036]鑰Mo:20% ;硼化鐵 FeB:10% ;鉻 Cr:5% ;鎳附:2% ;錳胞:1% ;碳(::0.1% ；鐵Fe:余量，其中，各原料粉末的粉度為:鑰Mo 硼化鐵FeB鉻Cr:10um；llN1:2iim ;猛Mn:10um ；^Fe:2 y m，各原料粉末的純度為:鑰Mo:99.8%以上；硼化鐵FeB:99.7%以上；鉻0:99.8%以上；鎳附:99.5%以上；錳胞:99.5%以上；#Fe:99.5%以上。
[0037]接著，將芯棒2差設到管套I中，并以無孔堵頭4連接到芯柄22的對應端，并于無孔堵頭4與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將無孔堵頭4和管套I焊接封口，再將制成的初始粉末由未封口端填滿到空置的模具型腔，并以模壓方式充分壓實，再將帶孔堵頭3連接到管套I未封口端，于帶孔堵頭3與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將帶孔堵頭3和管套I焊接封口，進一步，由帶孔堵頭3的通孔31對模具型腔預抽真空，使模具型腔中達到1.0X10_2Pa的真空度，再封閉通孔31，使模具型腔形成密封且較高的真空狀態(tài)，進而制得預燒結坯料。
[0038]然后，以熱等靜壓方式，將制得預燒結坯料垂直放立在熱等靜壓爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立，保證預燒結坯料的最小變形，爐腔充入保護氣氬氣以每5°C /min速率升溫至1090°C，在升溫的同時0.5MPa/min施加壓力至lOOMPa，并保持30min，對預燒結坯料進行燒結處理，再隨爐冷卻降壓至常溫常壓，制得合金螺桿坯體；
[0039]最后，對制得的合金螺桿坯體進行I次正火處理，以提高合金螺桿坯體的抗扭性能和抗彎強度，進一步，去除模具，對經正火處理后的合金螺桿坯體磨削外圓至所需尺寸后，磨削牙形，最后對坯體未加工部分進行后續(xù)的加工處理，制得合金螺桿成品。
[0040]具體實施例2:
[0041]首先，根據待制作合金螺桿的長度需要選取含碳量低于0.25%且壁厚為直徑
6.5_的管材作為模具的管套1，優(yōu)選低碳鋼，加工管材內孔，并于管套I內側面兩端口處形成60°倒角，接著，加工一無孔堵頭4和一中心開設有直徑2_通孔31的帶孔堵頭3，兩者高度均為3_，且均于其中一端形成與60°倒角斜面相配合的倒角，帶孔堵頭3和無孔堵頭4的另一端還形成有垂直面，垂直面的高度為1_，下一步，制作具有芯桿21和芯柄22的芯棒2，芯桿21的前端面呈圓弧形，以避免壓制預燒結坯料時，芯桿21的徑向收縮，保證合金螺桿的良品率，芯桿21、芯柄22的長度分別與待制作螺桿的螺紋有效長度、尾部光圓長度相一致，芯桿21的直徑小于芯柄22直徑的IOmm以上，制作出如圖2所示的相應模具各組件，其中，各倒角斜面在設置到管套I時，與管套I的60°倒角斜面緊密配合，各該垂直面在設置到管套I時，與對應的60°倒角斜面間形成如圖3所示的焊縫a，芯柄22的直徑大小與管套I內孔的大小緊密配合，模具組裝完畢時，帶孔堵頭3與芯桿21前端面的距離為7mm。[0042]其次，按以下原料粉末的質量分數比配比，以球磨方式，在球磨罐中配合硬質合金球混合18h,制得初始粉末:
[0043]鑰Mo:25% ;硼化鐵 FeB:20% ;鉻0:8% ;鎳附:10% ;錳胞:2% ;碳(::0.3% ；鐵Fe:余量，其中，各原料粉末的粉度為:鑰Mo:4 u m ;硼化鐵FeB:25 y m ;鉻Cr:28 y m ;鎳N1:5iim ;猛Mn:32iim ;鐵Fe:4 y m，各原料粉末的純度為:鑰Mo:99.8%以上；硼化鐵FeB:99.7%以上；鉻0:99.8%以上；鎳附:99.5%以上；錳胞:99.5%以上；#Fe:99.5%以上。
[0044]接著，將芯棒2差設到管套I中，并以無孔堵頭4連接到芯柄22的對應端，并于無孔堵頭4與管套I間的焊縫a處，以保護氣氮氣將無孔堵頭4和管套I焊接封口，再將制成的初始粉末由未封口端填滿到空置的模具型腔，并以冷等靜壓方式充分壓實，再將帶孔堵頭3連接到管套I未封口端，于帶孔堵頭3與管套I間的焊縫a處，以保護氣氮氣將帶孔堵頭3和管套I焊接封口，進一步，由帶孔堵頭3的通孔31對模具型腔預抽真空，使模具型腔中達到1.0X 10_2Pa的真空度，再封閉通孔31，使模具型腔形成密封且較高的真空狀態(tài)，進而制得預燒結坯料。
[0045]然后，以熱等靜壓方式，將制得預燒結坯料垂直放立在熱等靜壓爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立，保證預燒結坯料的最小變形，爐腔充入保護氣氮氣以每8°C /min速率升溫至1100°C，在升溫的同時IMPa/min施加壓力至120MPa，并保持36min，對預燒結坯料進行燒結處理，再隨爐冷卻降壓至常溫常壓，制得合金螺桿坯體；
[0046]最后，對制得的合金螺桿坯體進行I次正火處理，以提高合金螺桿坯體的抗扭性能和抗彎強度，進一步，去除模具，對經正火處理后的合金螺桿坯體磨削外圓至所需尺寸后，磨削牙形，最后對坯體未加工部分進行后續(xù)的加工處理，制得合金螺桿成品。
[0047]具體實施例3:
[0048]首先，根據待制作合金螺桿的長度需要選取含碳量低于0.25%且壁厚為直徑
5.4mm的管材作為模具的管套1，優(yōu)選低碳鋼，加工管材內孔，并于管套I內側面兩端口處形成60°倒角，接著，加工一無孔堵頭4和一中心開設有直徑3.5_通孔31的帶孔堵頭3，兩者高度均為3.5mm,且均于其中一端形成與60°倒角斜面相配合的倒角，帶孔堵頭3和無孔堵頭4的另一端還形成有垂直面，垂直面的高度為1_，下一步，制作具有芯桿21和芯柄22的芯棒2，芯桿21的前端面呈圓弧形，以避免壓制預燒結坯料時，芯桿21的徑向收縮，保證合金螺桿的良品率，芯桿21、芯柄22的長度分別與待制作螺桿的螺紋有效長度、尾部光圓長度相一致，芯桿21的直徑小于芯柄22直徑的12mm以上，制作出如圖2所示的相應模具各組件，其中，各倒角斜面在設置到管套I時，與管套I的60°倒角斜面緊密配合，各該垂直面在設置到管套I時，與對應的60°倒角斜面間形成如圖3所示的焊縫a，芯柄22的直徑大小與管套I內孔的大小緊密配合，模具組裝完畢時，帶孔堵頭3與芯桿21前端面的距離為 6mm。
[0049]其次，按以下原料粉末的質量分數比配比，以球磨方式,在球磨罐中配合硬質合金球混合24h,制得初始粉末:
[0050]鑰Mo:45%;硼化鐵 FeB:32%;鉻 Cr:16%;鎳 N1:14%;錳 Mn:5.4% ;碳 C:0.8% ;鐵Fe:余量，其中，各原料粉末的粉度為:鑰Mo:8um ;硼化鐵FeB:40 y m ;鉻Cr:42 u m ;鎳N1:9iim ;錳Mn:45iim ;鐵Fe:7 y m，各原料粉末的純度為:鑰Mo:99.8%以上；硼化鐵FeB:99.7%以上；鉻0:99.8%以上；鎳附:99.5%以上；錳胞:99.5%以上；#Fe:99.5%以上。
[0051]接著，將芯棒2差設到管套I中，并以無孔堵頭4連接到芯柄22的對應端，并于無孔堵頭4與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將無孔堵頭4和管套I焊接封口，再將制成的初始粉末由未封口端填滿到空置的模具型腔，并以模壓方式充分壓實，再將帶孔堵頭3連接到管套I未封口端，于帶孔堵頭3與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將帶孔堵頭3和管套I焊接封口，進一步，由帶孔堵頭3的通孔31對模具型腔預抽真空，使模具型腔中達到1.0X10_3Pa的真空度，再封閉通孔31，使模具型腔形成密封且較高的真空狀態(tài)，進而制得預燒結坯料。
[0052]然后，以真空爐燒結方式，將制得預燒結坯料垂直放立在真空爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立，保證預燒結坯料的最小變形，爐腔充入保護氣氬氣以每12°C /min速率升溫至1220°C，在升溫的同時3MPa/min施加壓力至180MPa，并保持50min，對預燒結坯料進行燒結處理，再隨爐冷卻降壓至常溫常壓，制得合金螺桿坯體；
[0053]最后，對制得的合金螺桿坯體進行2次正火處理，以提高合金螺桿坯體的抗扭性能和抗彎強度，進一步，去除模具，對經正火處理后的合金螺桿坯體磨削外圓至所需尺寸后，磨削牙形，最后對坯體未加工部分進行后續(xù)的加工處理，制得合金螺桿成品。
[0054]具體實施例4:
[0055]首先，根據待制作合金螺桿的長度需要選取含碳量低于0.25%且壁厚為直徑
6.8_的管材作為模具的管套1，優(yōu)選低碳鋼，加工管材內孔，并于管套I內側面兩端口處形成60°倒角，接著，加工一無孔堵頭4和一中心開設有直徑4.2_通孔31的帶孔堵頭3，兩者高度均為3_，且均于其中一端形成與60°倒角斜面相配合的倒角，帶孔堵頭3和無孔堵頭4的另一端還形成有垂直面，垂直面的高度為1_，下一步，制作具有芯桿21和芯柄22的芯棒2，芯桿21的前端面呈圓弧形，以`避免壓制預燒結坯料時，芯桿21的徑向收縮，保證合金螺桿的良品率，芯桿21、芯柄22的長度分別與待制作螺桿的螺紋有效長度、尾部光圓長度相一致，芯桿21的直徑小于芯柄22直徑的IOmm以上,制作出如圖2所不的相應模具各組件，其中，各倒角斜面在設置到管套I時，與管套I的60°倒角斜面緊密配合，各該垂直面在設置到管套I時，與對應的60°倒角斜面間形成如圖3所示的焊縫a，芯柄22的直徑大小與管套I內孔的大小緊密配合，模具組裝完畢時，帶孔堵頭3與芯桿21前端面的距離為9mm o
[0056]其次，按以下原料粉末的質量分數比配比，以球磨方式，在球磨罐中配合硬質合金球混合24h,制得初始粉末:
[0057]鑰Mo:34% ;硼化鐵 FeB:25% ;鉻0:10% ;鎳附:9% ;錳胞:6% ;碳(::0.5% ；鐵Fe:余量，其中，各原料粉末的粉度為:鑰Mo:7.811111;硼化鐵？印:2611111;鉻0:2811111;鎳Ni 錳Mn鐵Fe:4 y m，各原料粉末的純度為:鑰Mo:99.8%以上；硼化鐵FeB:99.7% 以上;鉻0:99.8% 以上;鎳祖:99.5% 以上；錳胞:99.5% 以上;#Fe:99.5%以上。
[0058]接著，將芯棒2差設到管套I中，并以無孔堵頭4連接到芯柄22的對應端，并于無孔堵頭4與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將無孔堵頭4和管套I焊接封口，再將制成的初始粉末由未封口端填滿到空置的模具型腔，并以模壓方式充分壓實，再將帶孔堵頭3連接到管套I未封口端，于帶孔堵頭3與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將帶孔堵頭3和管套I焊接封口，進一步，由帶孔堵頭3的通孔31對模具型腔預抽真空，使模具型腔中達到1.0X10_2Pa的真空度，再封閉通孔31，使模具型腔形成密封且較高的真空狀態(tài)，進而制得預燒結坯料。
[0059]然后，以熱等靜壓方式，將制得預燒結坯料垂直放立在熱等靜壓爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立，保證預燒結坯料的最小變形，爐腔充入保護氣氬氣以每14°C /min速率升溫至1208°C，在升溫的同時2MPa/min施加壓力至180MPa，并保持45min，對預燒結坯料進行燒結處理，再隨爐冷卻降壓至常溫常壓，制得合金螺桿坯體；
[0060]最后，對制得的合金螺桿坯體進行2次正火處理，以提高合金螺桿坯體的抗扭性能和抗彎強度，進一步，去除模具，對經正火處理后的合金螺桿坯體磨削外圓至所需尺寸后，磨削牙形，最后對坯體未加工部分進行后續(xù)的加工處理，制得合金螺桿成品。
[0061]具體實施例5:
[0062]首先，根據待制作合金螺桿的長度需要選取含碳量低于0.25%且壁厚為直徑7mm的管材作為模具的管套1，優(yōu)選低碳鋼，加工管材內孔，并于管套I內側面兩端口處形成60°倒角，接著，加工一無孔堵頭4和一中心開設有直徑5_通孔31的帶孔堵頭3，兩者高度均為4_，且均于其中一端形成與60°倒角斜面相配合的倒角，帶孔堵頭3和無孔堵頭4的另一端還形成有垂直面，垂直面的高度為1_，下一步，制作具有芯桿21和芯柄22的芯棒2，芯桿21的前端面呈圓弧形，以避免壓制預燒結坯料時，芯桿21的徑向收縮，保證合金螺桿的良品率，芯桿21、芯柄22的長度分別與待制作螺桿的螺紋有效長度、尾部光圓長度相一致，芯桿21的直徑小于芯柄22直徑的20mm以上，制作出如圖2所示的相應模具各組件，其中，各倒角斜面在設置到管套I時，與管套I的60°倒角斜面緊密配合，各該垂直面在設置到管套I時， 與對應的60°倒角斜面間形成如圖3所示的焊縫a，芯柄22的直徑大小與管套I內孔的大小緊密配合，模具組裝完畢時，帶孔堵頭3與芯桿21前端面的距離為10mm。
[0063]其次，按以下原料粉末的質量分數比配比，以球磨方式,在球磨罐中配合硬質合金球混合24h,制得初始粉末:
[0064]鑰Mo:60% ;硼化鐵 FeB:40% ;鉻 Cr:20% ;鎳附:30% ;錳胞:7% ;碳(::1% ；鐵Fe:余量，其中，各原料粉末的粉度為:鑰Mo
鎳Ni猛Mn鐵Fe: 10 y m，各原料粉末的純度為:鑰Mo:99.8%以上；硼化鐵
FeB:99.7% 以上;鉻0:99.8% 以上;鎳祖:99.5% 以上；錳胞:99.5% 以上;#Fe:99.5%以上。
[0065]接著，將芯棒2差設到管套I中，并以無孔堵頭4連接到芯柄22的對應端，并于無孔堵頭4與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將無孔堵頭4和管套I焊接封口，再將制成的初始粉末由未封口端填滿到空置的模具型腔，并以冷等靜壓方式充分壓實，再將帶孔堵頭3連接到管套I未封口端，于帶孔堵頭3與管套I間的焊縫a處，以保護氣氬氣將帶孔堵頭3和管套I焊接封口，進一步，由帶孔堵頭3的通孔31對模具型腔預抽真空，使模具型腔中達到1.0X 10_3Pa的真空度，再封閉通孔31，使模具型腔形成密封且較高的真空狀態(tài)，進而制得預燒結坯料。
[0066]然后，以真空爐燒結方式，將制得預燒結坯料垂直放立在真空爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立，保證預燒結坯料的最小變形，爐腔充入保護氣氬氣以每20°C /min速率升溫至1280°C，在升溫的同時3.5MPa/min施加壓力至200MPa，并保持120min，對預燒結坯料進行燒結處理，再隨爐冷卻降壓至常溫常壓，制得合金螺桿坯體；
[0067]最后，對制得的合金螺桿坯體進行2次正火處理，以提高合金螺桿坯體的抗扭性能和抗彎強度，進一步，去除模具，對經正火處理后的合金螺桿坯體磨削外圓至所需尺寸后，磨削牙形，最后對坯體未加工部分進行后續(xù)的加工處理，制得合金螺桿成品。
[0068]其中，低碳鋼(low carbon steel),碳含量低于0.25%的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。含碳量從0.10%至0.30%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造，焊接和切削，常用于制造鏈條，鉚釘，螺栓，軸等。它包括大部分普通碳素結構鋼和一部分優(yōu)質碳素結構鋼，大多不經熱處理用于工程結構件，有的經滲碳和其他熱處理用于要求耐磨的機械零件。由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產生嚴重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時，一般不需預熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良，其退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好，可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進行冷成形。
[0069]鋼材的焊接性是由材料的碳當量[CE, carbon equivalent,是指把鋼中合金元素的含量按其對某種性能(如焊接性、鑄造工藝性等)的作用換算成碳的相當含量。]來決定的，碳當量小于0.45,可焊性很好,碳當量在0.45與0.6之間，有條件焊接，比如低溫余熱，或多層多道焊，碳當量大于0.6時，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時需要采取預熱、后熱及用低氫型焊接材料施焊等一系列工藝措施。
[0070]碳鋼是以鐵元素為基礎的，鐵碳合金，碳為合金元素，其碳的質量分數不超過I %，此外，錳的質量分數不超過1.2%，硅的質量分數不超過0.5 %，后兩者皆不作為合金元素。其它元素如N1、Cr、Cu等均控制在殘余量的限度以內，更不作為合金元素。雜質元素如S、P、0、N等，根據鋼材品種和等級的不同，均有嚴格限制。因此，碳鋼的焊接性主要取決于含碳量，隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差，具體如表1所示:
[0071]
【權利要求】
1.一種合金螺桿材料，其特征在于:所述合金螺桿材料按以下原料粉末的質量分數比配比而成: 鑰Mo:20~60% ;硼化鐵FeB: 10~40% ;鉻Cr:5~20% ;鎳祖:2~30% ;錳胞:I ~7% ;碳 C:0.1 ~1% ;#Fe:余量。
2.根據權利要求1所述的合金螺桿材料，其特征在于:所述各原料粉末的粉度如下: 鑰 Mo:2 ~IOiim ;硼化鐵 FeB:10 ~45iim ;鉻 Cr:10 ~45iim ;鎳 Ni:2 ~IOiim ;錳Mn: 10 ~45 u m ;鐵 Fe:2 ~10 u m。
3.根據權利要求1所述的合金螺桿材料，其特征在于:所述各原料粉末的純度如下: 鑰Mo:99.8%以上;硼化鐵FeB:99.7%以上；鉻Cr:99.8%以上;鎳N1:99.5%以上；錳 Mn:99.5% 以上；#Fe:99.5% 以上。
4.一種以權利要求1~3任一項所述合金螺桿材料制作合金螺桿的生產工藝，其特征在于，該生產工藝步驟如下: 1)模具準備:根據待制作合金螺桿的長度需要選取管材，加工管材內孔，制作相應模亙..,N 9 2)原料配置:按照合金螺桿材料所需組分取原料粉末混合均勻，制成初始粉末； 3)壓制坯料:將制成的初始粉末填滿到空置的模具型腔，并充分壓實，并對模具型腔預抽真空，保持較高的真空狀態(tài)，制得預燒結坯料； 4)制成坯體:制得預燒結坯料進行燒結處理，制得合金螺桿坯體； 5)正火處理:對制得的合金螺桿坯體進行1-2次的正火處理； 6)加工成型:去除模具，對經正火處理后的合金螺桿坯體磨削外圓至所需尺寸后，磨削牙形，最后對坯體未加工部分進行后續(xù)的加工處理，制得合金螺桿成品。 其中，所述模具以含碳量低的管材作為模具的管套，管套內孔中設有芯棒，在管套的一端設有具通孔的帶孔堵頭，管套的另一端設有無孔堵頭。
5.根據權利要求4所述的生產工藝，其特征在于:所述管套的含碳量低于0.25 %，管套內側面兩端口處形成60°倒角，管套的壁厚為直徑5~7mm，設在管套對應端的帶孔堵頭和無孔堵頭內端面邊緣亦形成倒角，帶孔堵頭、無孔堵頭的倒角斜面與管套的60°倒角斜面緊密配合，帶孔堵頭和無孔堵頭的上端還形成有垂直面，各該垂直面與對應的60°倒角斜面間形成焊縫，在制作預燒結坯料時，僅需將設置有芯棒的管套兩端的帶孔堵頭和無孔堵頭以保護氣于對應焊縫處焊接封管，再配合帶孔堵頭的通孔對模具型腔進行抽真空處理后，封閉通孔，形成密封真空狀態(tài)，型腔中的真空度為1.0 X 10_2~1.0 X 10_3Pa，其中，帶孔堵頭和無孔堵頭的高度為3~4_，垂直面的高度為1mm，帶孔堵頭的通孔直徑為1.5~5mm o
6.根據權利要求4所述的生產工藝，其特征在于:所述芯棒由芯桿和芯柄組成，芯桿、芯柄的長度分別與待制作螺桿的螺紋有效長度、尾部光圓長度相一致，芯桿的直徑小于芯柄直徑的6~20mm以上，其中，帶孔堵頭與芯桿的距離為5~10mm，芯桿的前端面呈圓弧形，芯柄的直徑大小與管套內孔的大小緊密配合。
7.根據權利要求4所述的生產工藝，其特征在于:在配置所述初始粉末時，按組分將各原料粉末以球磨方式在保護氣中混合12~24h，使原料粉末混合均勻，其中的球磨方式采用球磨罐配合硬質合金球。
8.根據權利要求4所述的生產工藝，其特征在于:在制作所述預燒結坯料時，以模壓或冷等靜壓方式將填充于模具型腔中的初始粉末充分壓實。
9.根據權利要求4所述的生產工藝，其特征在于:在制作所述合金螺桿坯體時，可采用熱等靜壓方式，將預燒結坯料垂直放立在熱等靜壓爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立，或采用真空爐燒結方式，將預燒結坯料垂直放立在真空爐的爐腔，并以高溫砂將預燒結坯料固定直立。
10.根據權利要求4所述的生產工藝，其特征在于:在制作所述合金螺桿坯體時，將填充并保持內部真空的模具置于保護氣中，以每5~20°C/min的速率升溫至1090~1280°C，在升溫的同時0.5~3.5MPa/mi n施加 壓力至100~200MPa，并保持30~120min，再隨爐冷卻降壓至常溫常壓。
【文檔編號】B22F3/16GK103774054SQ201210430923
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月24日 優(yōu)先權日:2012年10月24日
【發(fā)明者】鄧俊杰 申請人:鄧俊杰