航空耐热螺栓的加工方法以及螺栓与流程

0.01％、c：0.02％-0.1％、zr：0.02％-0.08％、fe≥2.0％、mn≥0.10％、si≥0.15％、p≥0.015％、s≥0.015％、cu≥0.10％，余量为ni。
9.在本发明的一较佳实施方式中，所述镍基合金的成分的重量百分比为：ni：50％-55％、cr：17％-21％、mo：2.8％-3.3％、nb：4.75％-5.50％、c≤0.08％、mn≤0.35％、si ≤0.35％、s≤0.015％、cu≤0.30％、al：0.20％-0.80％、ti：0.65％-1.15％、b≤0.006％，余量为fe。
10.在本发明的一较佳实施方式中，所述采用温滚方式滚压所述螺栓主体形成螺纹具体包括如下步骤：加热螺栓主体的滚压螺纹毛坯端，将所述滚压螺纹毛坯端的温度控制在300℃至400℃之间；利用滚丝轮滚压所述螺栓主体形成所述螺纹。
11.在本发明的一较佳实施方式中，所述对所述螺栓进行检验，判断滚压出的所述螺栓是否合格，具体包括如下步骤：将所述螺栓与预存的设计标准或技术图样进行对比，检测所述螺栓的螺纹尺寸是否合格；对尺寸合格的所述螺栓进行检查，剔除螺纹部位存在裂纹和折叠缺陷的所述螺栓。
12.在本发明的一较佳实施方式中，所述缺陷为所述螺纹上的裂纹和折叠；其中，所述螺纹的承力面、中径以下牙两侧、牙底不允许存在折叠；所述螺纹的非承力面、牙顶允许存在折叠，但所述折叠的最大深度不超过0.15mm。
13.在本发明的一较佳实施方式中，所述对检验合格的所述螺栓进行喷涂，在所述螺栓上形成防护涂层，具体包括如下步骤：配制涂料；准备喷涂设备，并设置喷涂参数；利用所述喷涂设备对所述螺栓进行喷涂作业，在所述螺栓上形成所述防护涂层；在喷涂作业过程中，随机抽取若干所述螺栓，检查喷涂质量。
14.在本发明的一较佳实施方式中，所述涂料通过铝涂料和溶剂配置而成，所述溶剂为乙二醇乙醚醋酸酯，所述铝涂料和所述溶剂的体积之比为1：3.8。
15.在本发明的一较佳实施方式中，所述涂料通过二硫化钼涂料和溶剂配置而成，所述溶剂为丙酮，所述二硫化钼涂料和所述溶剂的质量之比为1：3。
16.在本发明的一较佳实施方式中，所述防护涂层的厚度为10μm
ꢀ‑
20μm。
17.本发明还提供了一种航空耐热螺栓，包括螺栓主体以及设置在所述螺栓主体上的螺纹，所述螺纹的牙顶和/或所述螺纹的牙底呈圆弧形设置，所述螺栓主体上涂覆有防护涂层。
18.本发明的技术方案具有以下显著有益效果：本发明所述航空耐热螺栓的加工方法通过采用温滚方式在螺栓主体上形成螺纹，采用温滚方式加工螺纹时，能够对螺栓坯料进行加热，使得螺栓坯料的硬度降低，增加了螺栓坯料的流动性，便于通过滚丝轮对螺栓主体进行滚压以形成螺纹，显著地减少了成型过程中螺栓上的裂纹及折叠，提高了螺栓的螺纹质量。并且，通过使螺纹的牙顶及牙底呈圆弧
形设置，使得螺纹的牙形更加饱满、平顺，更加便于后续对螺栓进行涂覆，提高了螺栓上的涂层均匀性，消除了因螺纹上的形状突变部位而造成的涂层薄弱区域，增加了螺栓的使用寿命。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
21.图1为现有技术中具有形状突变部位的传统螺纹结构示意图；图2为本发明所述航空耐热螺栓的螺纹结构示意图；图3为本发明所述航空耐热螺栓的螺纹局部放大结构示意图；图4为本发明所述航空耐热螺栓的一种局部螺纹的放大示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施方式一
23.请结合参阅图1和图2所示，本发明的实施例中提供了一种航空耐热螺栓的加工方法，包括如下步骤：步骤100：加工螺栓坯料形成螺栓主体。
24.步骤200：采用温滚方式滚压螺栓主体形成螺纹；其中，螺纹的牙顶和/或螺纹的牙底呈圆弧形设置。
25.步骤300：对螺栓的螺纹进行检验，判断滚压出的螺纹是否合格。
26.步骤400：对检验合格的螺栓进行喷涂，在螺栓上形成防护涂层。
27.整体上，本发明航空耐热螺栓的加工方法通过采用温滚方式在螺栓主体上形成螺纹，采用温滚方式加工螺纹时，能够对螺栓坯料进行加热，使得螺栓坯料的表层硬度降低，增加了螺栓坯料的流动性，便于通过滚丝轮对螺栓主体进行滚压以形成螺纹，显著地减少了成型过程中螺栓上的裂纹及折叠，提高了螺栓的螺纹质量。
28.其中，图1为现有技术中螺纹牙顶位置具有形状突变部位的螺栓。而本发明通过使螺纹的牙顶及牙底呈圆弧形设置，使得螺纹的牙形更加饱满、平顺，更加便于后续对螺栓进行涂覆，提高了螺栓上的涂层均匀性，消除了因螺纹上的形状突变部位而造成的涂层薄弱
区域，增加了螺栓的使用寿命。
29.在本发明的实施方式中，加工螺栓坯料形成螺栓主体具体包括如下步骤：步骤101：将螺栓坯料固定在车床上，利用车床的外圆车刀去除螺栓胚料上的多余材料形成棒料；步骤102：通过无心磨床对棒料的外圆进行精磨形成螺栓主体。
30.设计人员可根据设计要求确定车床的具体型号、以及无心磨床的具体型号，在此不作具体限制。
31.在本发明的实施方式中，螺栓采用镍基合金成型。本发明通过镍基合金成型螺栓，相对于其他合金，钴基合金在650℃～1000℃的高温下依然具有较高的强度，并且镍基合金还具有良好的抗氧化、抗腐蚀性能，能够应用在航空器上的超高温环境中，保证了螺栓的连接可靠性。
32.在一具体实施例中，镍基合金的成分的重量百分比为：cr：18％-21％、mo：3.5％-5.0％、co：12％-15％、al：1.2％-1.6％、ti：2.75％-3.25％、b：0.003％-0.01％、c：0.02％-0.1％、zr：0.02％-0.08％、fe≥2.0％、mn≥0.10％、si≥0.15％、p≥0.015％、s≥0.015％、cu≥0.10％，余量为ni。例如，设计人员可选用waspaloy合金。
33.在另一具体实施例中，镍基合金的成分的重量百分比为：ni：50％-55％、cr：17％-21％、mo：2.8％-3.3％、nb：4.75％-5.50％、c≤0.08％、mn≤0.35％、si ≤0.35％、s≤0.015％、cu≤0.30％、al：0.20％-0.80％、ti：0.65％-1.15％、b≤0.006％，余量为fe。例如，设计人员可选用inconel718合金。
34.其中，waspaloy合金和inconel718合金为两种超高温合金，二者是能够在600℃~1500℃及一定应力作用下保持长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能以及良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。在航空航天领域中，常用的固件材料有钛合金，但钛合金一般应用的环境为150℃-500℃，其无法满足更高温度的使用需要。而本技术中采用的高温合金可在600℃-1500℃超高温环境下使用，并保持良好的性能。
35.在其他的实施例中，设计人员可根据使用需要调整镍基合金的成分，在此不作具体限制。
36.在本发明的实施方式中，采用温滚方式滚压螺栓主体形成螺纹具体包括如下步骤：步骤201：加热螺栓主体的滚压螺纹毛坯端，将滚压螺纹毛坯端的温度控制在300℃至400℃之间；步骤202：利用滚丝轮滚压螺栓主体形成螺纹；其中，螺纹的牙顶和螺纹的牙底均呈圆弧形设置。
37.加热温度对于螺纹的尺寸和性能具有较大的影响，当温度低于300℃时，镍基合金材料的流动性会降低，导致加工出的螺纹尺寸不符合要求，且螺纹易产生缺陷。而当温度高于400℃时，镍基合金材料容易产生过热，导致镍基合金材料的流动性过强，从而容易影响加工出的螺纹尺寸的稳定性。因此，本发明中通过将加热温度控制在300℃至400℃之间，既可以良好的控制螺纹的尺寸，且螺纹冷却后的回弹量也比较小，有利于加工控制。
38.并且，通过将螺栓主体的滚压螺纹毛坯端的温度控制在300℃至400℃之间，其并
不能让镍基高温合金软化，也不是为了让镍基高温合金软化，而是通过加热消除一定的表层加工硬化，改善表层材料性能，便于螺纹成形，有利于消除螺纹内部的缺陷，例如裂纹或折叠等，同时也有利于保证螺纹内部的金属流线结构。
39.具体的，如图2、图3和图4所示的实施例，本发明中的螺纹的设计以传统螺纹为基础，在牙型角度和螺纹大径范围等不变情况下，对螺纹的牙顶进行圆弧化设计。传统螺纹轮廓和尺寸如图2所示，其中上轮廓为最大实体牙型，下轮廓为最小实体牙型，最大实体牙型对应的d1max为螺纹大径的最大值，最小实体牙型对应的d1min为螺纹大径的最小值。以螺纹大径为基准，取牙型两边做内切圆，将螺纹大径形状改为圆弧型。
40.在本发明的实施方式中，对螺栓进行检验，判断滚压出的螺栓是否合格，具体包括如下步骤：步骤301：将螺栓与预存的设计标准或技术图样进行对比，检测螺栓的螺纹尺寸是否合格；步骤302：对尺寸合格的螺栓进行检查，剔除螺纹部位存在裂纹和折叠缺陷的螺栓。
41.进一步地，缺陷为螺栓上的裂纹和折叠。其中，螺纹的承力面、中径以下牙两侧、牙底不允许存在折叠；螺纹的非承力面、牙顶允许存在折叠，但折叠的最大深度不超过0.15mm。
42.通过剔除出螺纹部位存在裂纹和折叠的螺栓，从而保证了螺栓的结构稳定性及使用寿命。
43.操作人员可通过人工测量的方式将螺栓与预存的设计标准及技术样图进行对比，以判断螺栓的螺纹尺寸是否合格。其中，在设计标准及技术样图中已预先记载了不同尺寸的螺纹所对应的合格尺寸范围，使得操作人员能够快速对比并计算出螺纹是否合格。
44.例如，操作人员可采用千分尺测量螺纹的大径，通过通止规检测螺纹的中径，以及通过投影测量仪检测牙底和牙顶的圆弧尺寸，以判断滚压的螺纹尺寸是否合格。其中，以7/16-20unjf为例，设计出了螺纹尺寸标准，并滚压成形。通过检测螺纹尺寸，各尺寸满足标准公差要求即判定为合格。
45.在本发明的实施方式中，对检验合格的螺栓进行喷涂，在螺栓上形成防护涂层，具体包括如下步骤：步骤401：配制涂料；步骤402：准备喷涂设备，并设置喷涂参数；步骤403：利用喷涂设备对螺栓进行喷涂作业，在螺栓上形成防护涂层；步骤404：在喷涂作业过程中，随机抽取若干螺栓，检查喷涂质量。
46.在一具体实施例中，涂料通过铝涂料和溶剂配置而成，溶剂为乙二醇乙醚醋酸酯，铝涂料和溶剂的体积之比为1：3.8。例如，铝涂料的牌号为hi-kote1或hi-kote4。
47.其中，铝涂料具有耐磨、耐腐蚀、抗氧化、可消除紧固件与被连接件之间的电位差、以及延长紧固件及结构见的使用寿命等优点。
48.进一步地，喷涂设备可包括涂覆机、高温试验箱、空气压缩机、磁力搅拌器、电子秤（精度等级g）、手工喷枪等。通过电子秤能够测量出涂料的使用量。
49.其中，设置喷涂参数包括：涂覆机的喷涂量约4g/min ~6g/min，涂覆机舱内为负压
状态，负压处于0.8 kpa ~0.95kpa之间，涂覆机舱内的温度设置在55℃左右。涂覆机的主机转速处于8 r/min ~10r/min ，以保证螺栓在涂覆机的滚筒内能够自由翻转。
50.在喷涂操作前，先检查设定好的喷涂参数，把待喷涂的螺栓放入涂覆机的滚筒内，关闭涂覆机的舱门，启动涂覆机，开始喷涂计时。
51.在喷涂1小时左右后，随机拿出若干件螺栓，进行螺纹通止规和外观检查。然后，每间隔30分钟检查一次，直至喷涂结束。
52.在喷涂完成后关闭喷涂设备，打开涂覆机的舱门取出喷涂完成的螺栓，将喷涂完的螺栓放于不锈钢托盘上，单层均匀平铺，再将托盘放于高温试验箱内，关好箱门，完成涂层的最终固化。
53.在另一具体实施例中，涂料通过二硫化钼涂料和溶剂配置而成，溶剂为丙酮，二硫化钼涂料和溶剂的质量之比为1：3。例如，二硫化钼涂料的牌号为hm-102。其中，二硫化钼涂料具有改善润滑、防卡死防咬合、防锈防蚀、以及抗氧化等优点。
54.进一步地，喷涂设备可包括涂覆机、高温试验箱、空气压缩机、磁力搅拌器、电子秤（精度等级g）。涂覆机能够用于零件的表面涂覆，将涂料均匀地喷涂到零件表面。高温试验箱用于零件表面的固化，以提高涂层的结合力。空气压缩机用于给涂覆机提供稳定的压缩空气。磁力搅拌器用于充分搅拌涂料，以在喷涂过程中防止涂料分层沉淀。而通过电子秤能够测量出涂料的使用量。
55.其中，设置喷涂参数包括：涂覆机的喷涂量约6g/min ~11g/min，涂覆机舱内为负压状态，负压处于0.8 kpa ~0.95kpa之间，涂覆机舱内的温度设置在35℃左右。涂覆机的主机转速处于11 r/min ~15r/min ，以保证螺栓在涂覆机的滚筒内能够自由翻转。
56.在一可行的实施例中，例如图2所示的实施例中，螺纹的规格为7/16-20unjf时，大径d1范围为φ10.820mm-φ10.947mm，内切圆半径r范围为0.22mm-0.245mm。螺纹的小径形状和尺寸同传统unjf螺纹相同，不做改动，其半径r范围为0.19mm-0.23mm。
57.上述为螺纹的涂后尺寸，涂层厚度范围为10μm-20μm，需要确定涂前螺纹尺寸。通过对螺纹形状和涂层厚度分析，得出螺纹尺寸范围见表1。
[0058][0059]
表1通过对7/16-20unjf圆弧型螺纹的滚丝轮的上下牙型的圆弧按照螺纹尺寸进行设计，并缩小公差范围，以保证滚压出的螺纹的尺寸精度。其中，滚丝轮的r’范围为0.22mm-0.235mm，滚丝轮的r’范围为0.19mm-0.215mm。通过滚压工艺试验，确定合理的滚压螺纹毛坯尺寸为φ10.23-10.24mm，合理的滚压温度为350℃。
[0060]
螺栓要想能够在超高温环境下长期使用，很大程度上取决于表面涂层的均匀性、连续性和不脱落。如图1所示，传统螺栓的螺纹牙顶有形状突变，此处往往会导致涂层不均匀，甚至脱落，故起不到良好的防护作用，导致螺栓不能长时间使用于超高温环境中；而本方法正是对传统螺纹牙顶结构进行了优化，改成了圆弧形结构，圆弧形牙顶不存在形状突变部位，轮廓光滑过渡，进而更有利于涂层均匀连续附着、不易脱落。本方法通过这种改进
方式提高了螺栓在超高温环境中的使用性能。
实施方式二
[0061]
本发明的实施例中还提供了一种航空耐热螺栓，如图3所示的实施例，该航空耐热螺栓包括螺栓主体以及设置在螺栓主体上的螺纹，螺纹的牙顶和/或螺纹的牙底呈圆弧形设置，螺栓主体上涂覆有防护涂层。
[0062]
具体的，螺栓采用钴基合金成型。防护涂层通过铝涂料和溶剂配置而成，或防护涂层通过二硫化钼涂料和溶剂配置而成。
[0063]
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由
…
构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
[0064]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：加工螺栓坯料形成螺栓主体；采用温滚方式滚压所述螺栓主体形成螺纹；其中，所述螺纹的牙顶和/或所述螺纹的牙底呈圆弧形设置；对所述螺栓的螺纹进行检验，判断滚压出的所述螺纹是否合格；对检验合格的所述螺栓进行喷涂，在所述螺栓上形成防护涂层。2.如权利要求1所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述加工螺栓坯料形成螺栓主体具体包括如下步骤：将所述螺栓胚料固定在车床上，利用所述车床的外圆车刀去除所述螺栓坯料上的多余材料形成棒料；通过无心磨床对所述棒料的外圆进行精磨形成所述螺栓主体。3.如权利要求1所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述螺栓采用镍基合金成型。4.如权利要求3所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述镍基合金的成分的重量百分比为：cr：18％-21％、mo：3.5％-5.0％、co：12％-15％、al：1.2％-1.6％、ti：2.75％-3.25％、b：0.003％-0.01％、c：0.02％-0.1％、zr：0.02％-0.08％、fe≥2.0％、mn≥0.10％、si≥0.15％、p≥0.015％、s≥0.015％、cu≥0.10％，余量为ni。5.如权利要求3所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述镍基合金的成分的重量百分比为：ni：50％-55％、cr：17％-21％、mo：2.8％-3.3％、nb：4.75％-5.50％、c≤0.08％、mn≤0.35％、si ≤0.35％、s≤0.015％、cu≤0.30％、al：0.20％-0.80％、ti：0.65％-1.15％、b≤0.006％，余量为fe。6.如权利要求3所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述采用温滚方式滚压所述螺栓主体形成螺纹具体包括如下步骤：加热螺栓主体的滚压螺纹毛坯端，将所述滚压螺纹毛坯端的温度控制在300℃至400℃之间；利用滚丝轮滚压所述螺栓主体形成所述螺纹。7.如权利要求1所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述对所述螺栓进行检验，判断滚压出的所述螺栓是否合格，具体包括如下步骤：将所述螺栓与预存的设计标准或技术图样进行对比，检测所述螺栓的螺纹尺寸是否合格；对尺寸合格的所述螺栓进行检查，剔除螺纹部位存在裂纹和折叠缺陷的所述螺栓。8.如权利要求5所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述对检验合格的所述螺栓进行喷涂，在所述螺栓上形成防护涂层，具体包括如下步骤：配制涂料；准备喷涂设备，并设置喷涂参数；利用所述喷涂设备对所述螺栓进行喷涂作业，在所述螺栓上形成所述防护涂层。9.如权利要求8所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述涂料通过铝涂料和溶剂配置而成，所述溶剂为乙二醇乙醚醋酸酯，所述铝涂料和所述溶剂的体积之比为1：3.8。
10.如权利要求8所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述涂料通过二硫化钼涂料和溶剂配置而成，所述溶剂为丙酮，所述二硫化钼涂料和所述溶剂的质量之比为1：3。11.如权利要求8所述的航空耐热螺栓的加工方法，其特征在于，所述防护涂层的厚度为10μm
ꢀ‑
20μm。12.一种航空耐热螺栓，其特征在于，包括螺栓主体以及设置在所述螺栓主体上的螺纹，所述螺纹的牙顶和/或所述螺纹的牙底呈圆弧形设置，所述螺栓主体上涂覆有防护涂层。

技术总结
本发明提供了一种航空耐热螺栓的加工方法以及螺栓，涉及航空紧固件技术领域，包括如下步骤：加工螺栓坯料形成螺栓主体；采用温滚方式滚压螺栓主体形成螺纹；其中，螺纹的牙顶和/或螺纹的牙底呈圆弧形设置；对螺栓的螺纹进行检查，判断滚压出的螺纹是否合格；对检验合格的螺栓进行喷涂，在螺栓上形成防护涂层。本发明通过采用温滚方式使得螺栓坯料的硬度降低，便于通过滚丝轮对螺栓主体进行滚压以形成螺纹，显著地减少了成型过程中螺纹上的裂纹及折叠纹。并且，通过使螺纹的牙顶及牙底呈圆弧形设置，使得螺纹的牙形更加饱满、平顺，更加便于后续对螺栓进行涂覆，提高了螺栓上的涂层均匀性，增加了螺栓的使用寿命。增加了螺栓的使用寿命。增加了螺栓的使用寿命。


技术研发人员：刘风雷 王立东 刘祥猛 孙昂
受保护的技术使用者：北京航为高科连接技术有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/8