Nb521材料螺栓的加工工艺的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及材料成形和机械加工技术领域，尤其涉及一种Nb521材料螺栓的加工工艺。
【【背景技术】】
[0002]随着航空航天技术的不断发展，对航空航天器、导弹武器飞行速度越来越快，其动力装置的工作热环境日益恶劣，因而对航空航天、导弹武器提出了越来越高的要求。我国研制的Nb521铌钨合金(Nb-5W-2Mo-lZr)作为优质高温合金，在硅化钼高温抗氧化涂层的保护下，Nb521铌钨合金产品可以在1600°C?1800°C环境下工作，能够在日益恶劣的热环境中正常工作。Nb521材料螺栓由于具有良好的联接性能、耐高温等性能，已经广泛应用于超高速喷气发动机联接、双元液体火箭发动机推力室联接、人造卫星喷管联接、导弹发动机的联接。在双元液体火箭发动机上(如图2所示)，推力室的工作温度可达到1550°C左右，Nb521螺栓能够正常工作，因而大幅度减少了用于冷却燃烧室的推进剂流量，提高了发动机的综合性能。某型号导弹发动机上螺栓的使用环境为超高温1600°C、静态氧化环境，Nb521螺栓在1600°C高温下抗拉强度大于170MPa，1600°C静态抗氧化寿命大于lh、1800°C静态抗氧化寿命大于O、5h，18(KTC至室温热震寿命大于50次，常温拆装次数大于100次，是导弹发动机用理想联接件。为了保证良好的使用性能，Nb521螺栓的加工工艺尤为重要。
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【发明内容】
】
[0003]本发明旨在解决上述问题，而提供一种利用Nb521材料加工螺栓而获得可耐高温、耐疲劳、静态抗氧化的螺栓的Nb521材料螺栓的加工工艺。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了一种Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，其包括以下步骤:
[0005]S1、将Nb521材料进行外形加工得到半成品镦制坯料；
[0006]S2、对半成品镦制坯料进行表面润滑处理，并镦制成形，得到半成品螺栓工件；
[0007]S3、根据螺栓工件的加工尺寸进行外形加工而得到螺栓工件；
[0008]S4、对螺栓工件进行表面处理而得到成品螺栓工件。
[0009]进一步地，步骤S2中所述的表面润滑处理是指对半成品镦制坯料进行磷皂化处理。现有的Nb521材料螺栓冷镦成形容易发热、易粘结模具、易拉伤模具型腔，从而导致无法加工成形，本步骤采用磷皂化工艺对半成品镦制坯料进行处理以解决该问题。
[0010]进一步地，对半成品镦制坯料进行磷皂化处理后，再使用混合润滑剂进行润滑，最后镦制成型而得到半成品螺栓工件。所述混合润滑剂由导轨油和干膜润滑剂搅拌均匀配置而成。通过使用混合润滑剂进行润滑，可进一步改善Nb521材料螺栓加工成形困难的问题，使得步骤SI易加工成型而得到所需的半成品镦制坯料。
[0011 ] 进一步地，步骤S4中对螺栓工件进行表面处理是指将Mo、S1、W等材料粉末喷涂到螺栓工件表面挂浆进行激光束熔结。铌基合金的高温抗氧化性能较差，Nb521合金在高温有氧环境中会因发生剧烈的氧化现象而丧失其固有性能，严重影响Nb521合金在航天领域的推广应用，本步骤通过将Mo、S1、W等材料粉末喷涂到螺栓表面挂浆后激光束熔结，可使Nb521材料螺栓在1600°C高温下能够正常工作，旨在解决Nb521材料螺栓耐高温的问题。
[0012]进一步地，所述半成品镦制还料由棒形的Nb521材料经数控车床车削加工和无心磨床磨削加工而成。步骤S3中，所述螺栓工件由步骤S2得到的半成品螺栓工件经过车削外形加工、无心磨精密加工、半成品螺栓工件的螺杆部滚压外螺纹及头下R加工及螺栓头部钻制保险孔加工而形成。
[0013]进一步地，所述螺栓工件在进行表面处理前对螺栓工件进行钻孔和荧光渗透探伤。本发明通过数车一无心磨一润滑一冷镦一数车一无心磨一滚丝一滚R—钻孔一去毛刺一荧光渗透探伤一总检这一套工艺流程来加工Nb521螺栓，使得螺栓内部金属流线没有断裂，保证了螺栓的强度，大大改善了螺栓性能。
[0014]本发明的有益贡献在于，其有效解决了上述问题。本发明通过磷皂化处理和混合润滑剂进行润滑解决了 Nb521材料螺栓冷镦成形容易发热、易粘结模具、易拉伤模具型腔等加工成型难的问题。本发明通过将Mo、S1、W等材料粉末喷涂到螺栓表面挂浆后进行激光束熔结，使的Nb521材料螺栓在1600°C高温下能够正常工作，解决了 Nb521材料螺栓耐高温、抗氧化的问题。通过本发明工艺加工而成的Nb521材料螺栓具有耐高温、抗氧化、耐疲劳等特性，其可广泛应用于超高温工作环境的紧固件领域。
【【附图说明】】
[0015]图1是本发明的头部带保险孔Nb521螺栓的结构示意图，其中图1A是主视图，图1B为俯视图；
[0016]图2是本发明加工形成的Nb521材料螺栓的应用实例图。
[0017]图3是图1中Nb521螺栓头部与部分螺杆部的金属流线示意图；
[0018]图4是图1中Nb521材料螺栓的螺杆部外螺纹部分的金属流线示意图；
[0019]图5是本发明的半成品镦制坯料的结构示意图；
[0020]图6是本发明的半成品螺栓工件的结构示意图，其中图6A是主视图，图6B是俯视图；
[0021]图7是本发明的半成品螺栓工件在车削、铣削、无心磨后形成的半成品螺栓工件结构示意图，其中图7A是主视图，图7B是俯视图；
[0022]图8是本发明的半成品螺栓工件在滚丝螺杆外螺纹后形成的半成品螺栓工件结构不意图，其中图8A是主视图，图8B是俯视图；
[0023]图9是本发明的半成品螺栓工件冷滚压头下R后形成的半成品螺栓工件的局部结构示意图，图9B是图9A的局部放大图；
[0024]图10是本发明的半成品螺栓工件经钻孔而形成的螺栓工件结构示意图，其中图1OA为主视图，图1OB为俯视图。
【【具体实施方式】】
[0025]下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
[0026]为解决Nb521材料不易加工成型、耐高温、抗氧化性能差的问题，本发明提供了一种新型的Nb521材料螺栓的加工工艺。本发明的主要要点在于，一、通过磷皂化处理和混合润滑剂进行润滑处理以解决Nb521材料螺栓冷镦成形容易发热、易粘结模具、易拉伤模具型腔等加工成型难的问题。二、通过将Mo、S1、W等材料粉末喷涂到螺栓表面挂浆后进行激光束熔结，使的Nb521材料螺栓在1600 0C高温下能够正常工作，解决了 Nb521材料螺栓耐高温、抗氧化的问题。三、采用特定的工艺步骤，解决传统加工工艺易破坏螺栓头部和螺纹部位的金属流线问题，以提高Nb521材料螺栓的机械性能，本发明形成的Nb521材料螺栓的金属流线图如图3、图4所示。具体地，本发明的Nb521材料螺栓的加工工艺包括以下步骤:
[0027]1、按照镦制头部用料要求，数车下料、平两端面并倒角，无心磨串磨光杆，如图5所示；
[0028]2、由于Nb521材料软、黏，容易粘结模具，对半成品镦制坯料进行磷皂化处理，再使用一定比例某型号导轨油和干膜润滑剂配制搅拌均匀形成混合润滑剂对经磷皂化处理后的半成品镦制坯料进行润滑，然后选择合适模具，镦制成形，形成如图6所示的半成品螺栓工件；
[0029]3、选用某品牌刀具，设定规定机床转速、进给量，选择指定冷却液进行铣六方和车削外形，然后选用绿色碳化硅砂轮，设定规定转速和进给量磨削螺杆部，形成如图7所示的；
[0030]4、对半成品螺栓工件的螺杆部滚压外螺纹。螺杆滚丝过程中，Nb521材料容易发热并粘结在滚丝轮上，选用美孚某型号混合润滑剂和干膜润滑剂配制搅拌均匀进行润滑，滚丝成形而得到如图8所示的半成品螺栓工件；
[0031]5、设定指定施压、保压、泄压时间和施压重量，冷滚压头下R，得到如图9所示的结构；
[0032]6、如图10所示，以常规手段钻制保险孔；
[0033]7、将Mo、S1、W等材料粉末喷涂到螺栓表面挂浆后激光束熔结而形成成品螺栓工件(如图1所示)，使的加工而成的Nb521材料螺栓在1600°C高温下能够正常工作，解决了Nb521材料螺栓耐高温、抗氧化的问题。
[0034]尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。
【主权项】
1.一种Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，其包括以下步骤: 51、将Nb521材料进行外形加工得到半成品镦制坯料； 52、对半成品镦制坯料进行表面润滑处理，并镦制成形，得到半成品螺栓工件； 53、根据螺栓工件的加工尺寸进行外形加工而得到螺栓工件； 54、对螺栓工件进行表面处理而得到成品螺栓工件。2.如权利要求1所述的Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，步骤S2中，所述表面润滑处理是指对半成品镦制坯料进行磷皂化处理。3.如权利要求2所述的Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，对半成品镦制坯料进行磷皂化处理后，再使用混合润滑剂进行润滑，最后镦制成型而得到半成品螺栓工件。4.如权利要求1所述的Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，步骤S4中，对螺栓工件进行表面处理是指将Mo、S1、W材料粉末喷涂到螺栓工件表面挂浆进行激光束熔结。5.如权利要求3所述的Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，所述混合润滑剂由导轨油和干膜润滑剂搅拌均匀配置而成。6.如权利要求1所述的Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，所述半成品镦制坯料由棒形的Nb521材料经数控车床车削加工和无心磨床磨削加工而成。7.如权利要求3所述的Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，步骤S3中，所述螺栓工件由步骤S2得到的半成品螺栓工件经过车削外形加工、无心磨精密加工、半成品螺栓工件的螺杆部滚压外螺纹及头下R加工及螺栓头部钻制保险孔加工而形成。8.如权利要求7所述的Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，所述螺栓工件在进行表面处理前对螺栓工件进行钻孔和荧光渗透探伤。
【专利摘要】一种Nb521材料螺栓的加工工艺，其特征在于，其包括以下步骤：S1、将Nb521材料进行外形加工得到半成品镦制坯料；S2、对半成品镦制坯料进行表面润滑处理，并镦制成形，得到半成品螺栓工件；S3、根据螺栓工件的加工尺寸进行外形加工而得到螺栓工件；S4、对螺栓工件进行表面处理而得到成品螺栓工件。本发明通过磷皂化处理和导轨油加干膜润滑剂进行润滑解决了Nb521材料螺栓冷镦成形容易发热、易粘结模具、易拉伤模具型腔等加工成型难的问题。本发明通过将Mo、Si、W等材料粉末喷涂到螺栓表面挂浆后进行激光束熔结，使得Nb521材料螺栓在1600℃高温下能够正常工作，解决了Nb521材料螺栓耐高温、抗氧化的问题。通过本发明工艺加工而成的Nb521材料螺栓具有耐高温、抗氧化、耐疲劳等特性，其可广泛应用于超高温工作环境的紧固件领域。
【IPC分类】B23P15/00
【公开号】CN104999233
【申请号】CN201510492724
【发明人】王乃文, 韩应付, 黄细红, 石志飞
【申请人】深圳亚太航空技术有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年8月12日