[发明专利]Nb521材料螺栓的加工工艺

说明书

【技术领域】

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】

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-1Zr)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℃～1800℃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℃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℃、静态氧化环境，Nb521螺栓在1600℃高温下抗拉强度大于170MPa，1600℃静态抗氧化寿命大于1h、1800℃静态抗氧化寿命大于0、5h，1800℃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。

【发明内容】

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。

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：

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。

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。

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S1易加工成型而得到所需的半成品镦制坯料。

进一步地，步骤S4中对螺栓工件进行表面处理是指将Mo、Si、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、Si、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℃高温下能够正常工作，旨在解决Nb521材料螺栓耐高温的问题。

进一步地，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。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。

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―无心磨―润滑―冷镦―数车―无心磨―滚丝―滚R―钻孔―去毛刺―荧光渗透探伤―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。

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、Si、W等材料粉末喷涂到螺栓表面挂浆后进行激光束熔结，使的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。

【附图说明】

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；

图2是本发明加工形成的Nb521材料螺栓的应用实例图。