CN102941435A - 一种不规则形状钢部件的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不规则形状钢部件的成形方法，属于机械加工技术领域。采用铸造的方法，加工出坯料，然后采用热机械加工的方法，分别将坯料加工成坯材，然后采用排布、叠层、堆垛的方法将坯材放入热等静压包套中，经过封边焊、真空封装后支撑预制坯，将预制坯放入到热等静压炉中进行扩散连接，然后将包套去除，制备出不规则形状的钢部件。本发明方法可以用于制备各种合金成分、各种形状的高性能结构件，而且不需要大型的热机械加工设备，具有效率高和成本低的优点，适用于制备各种高强钢结构。

Description

一种不规则形状钢部件的成形方法

技术领域

本发明涉及一种不规则形状钢部件的成形方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

在制备金属结构件时，例如高强钢结构，为了制备出高性能的零件，往往对铸造后的组织进行热机械加工，例如挤压、锻造、轧制等热机械加工，从而可以打碎原始铸造粗大的晶粒，使组织得到细化，从而得到高性能结构件。但是，传统的制备工艺对铸造后的预制坯进行热机械加工，一般需要大型的热机械加工设备，例如，挤压设备、锻造设备等，对于大尺寸的零件热机械加工还存在变形不均匀，造成组织、性能不均匀的问题。

电子束、激光成形等增量成形技术也可以用来制备金属结构件，一般是采用熔丝、熔粉后，将其逐层铺覆来实现零件的成形，但是通过电子束、激光成形的零件一般是铸态组织，通过后续的热处理调控的难度较大，其中的一些缺陷很难通过后续热处理弥合。

发明内容

本发明的目的是提出一种不规则形状钢部件的成形方法，采用将热机械加工过程进行离散后，再通过扩散连接来制备钢结构件，提高不规则形状钢部件的生产效率，降低生产成本，并提高钢结构件的性能，以适用于制备各种高强钢结构。

本发明提出的不规则形状的钢部件的成形方法，包括以下步骤：

（1）根据待加工钢部件的几何尺寸，将钢部件分割成多个尺寸相同的块状；

（2）采用机械加工或铸造的方法，将钢材加工成长方体状原始坯料；

（3）对上述长方体状坯料进行锻造，锻造工艺参数为：变形温度860℃～1000℃，变形速率0.02～0.1毫米/秒，变形量为50％～60%，对锻造得到的坯料采用高压水切割、线切割或机械加工的方法，加工成与步骤（1）块状尺寸和形状相适应的块材；

（4）将步骤（3）的块材放入酸洗液中，进行表面酸洗，去除块材表面的污垢和氧化皮，酸洗液为盐酸，盐酸的摩尔浓度为1～1.2摩尔/升；

（5）采用铸造或机械加工的方法，用低碳钢加工一个包套，包套内部的空腔与待成形钢部件的整体外形相适应；

（6）将步骤（4）的块材根据钢部件的形状排列到包套的内腔中，将排列有块材的包套进行封边焊，对包套的内腔进行真空除气和封装；

（7）将真空封装后的包套放入热等静压炉中，实现块材之间的扩散连接，热等静压的压力为50MPa～200MPa，温度为900℃～1100℃，时间为2～4小时；

（8）采用机械加工或化学铣削方法，去除待成形钢部件的低碳钢包套，得到钢部件的预制坯，其中化学铣削的酸洗液为盐酸，盐酸的摩尔浓度为5～8摩尔/升；

（9）对上述钢部件预制坯进行机械加工和表面处理，得到钢部件。

本发明提出的钢结构的制备方法，与传统的制备钢结构的方法相比，采用将热机械加工过程进行离散，再通过热等静压方法实现组合的方法制备钢结构，具有以下优点：

1、本发明提出的钢结构制备方法，可以采用小型拉拔、轧制、锻压设备，降低了对设备的要求，即使是制备大尺寸零件，也不需要大型热机械加工设备。

2、本发明提出的钢结构制备方法，对铸造后的钢材料进行了热机械加工，可以通过优化工艺参数，获得所需要的组织状态。

3、本发明提出的钢结构的制备方法，根据钢结构的外形，通过将经过热机械加工的丝材、板材、块才经过编织或缠绕、叠层、堆垛后扩散连接的方法来制备零件，可以通过调整块状坯料的尺寸和外形，来近净成形地制备出钢结构，材料利用率较高。

4、本发明可以用于制备各种合金成分、各种形状的高性能结构件，而且不需要大型的热机械加工设备，具有效率高和成本低的优点，适用于制备各种高强钢结构。

具体实施方式

本发明提出的不规则形状的钢部件的成形方法，包括以下步骤：

（1）根据待加工钢部件的几何尺寸，将钢部件分割成多个尺寸相同的块状；

（2）采用机械加工或铸造的方法，将钢材加工成长方体状原始坯料；

（3）对上述长方体状坯料进行锻造，锻造工艺参数为：变形温度860℃～1000℃，变形速率0.02～0.1毫米/秒，变形量为50％～60%，对锻造得到的坯料采用高压水切割、线切割或机械加工的方法，加工成与步骤（1）块状尺寸和形状相适应的块材；

（4）将步骤（3）的块材放入酸洗液中，进行表面酸洗，去除块材表面的污垢和氧化皮，酸洗液为盐酸，盐酸的摩尔浓度为1～1.2摩尔/升；

（5）采用铸造或机械加工的方法，用低碳钢加工一个包套，包套内部的空腔与待成形钢部件的整体外形相适应；

（6）将步骤（4）的块材根据钢部件的形状排列到包套的内腔中，将排列有块材的包套进行封边焊，对包套的内腔进行真空除气和封装；

（7）将真空封装后的包套放入热等静压炉中，实现块材之间的扩散连接，热等静压的压力为50MPa～200MPa，温度为900℃～1100℃，时间为2～4小时；

（8）采用机械加工或化学铣削方法，去除待成形钢部件的低碳钢包套，得到钢部件的预制坯，其中化学铣削的酸洗液为盐酸，盐酸的摩尔浓度为5～8摩尔/升；

（9）对上述钢部件预制坯进行机械加工和表面处理，得到钢部件。

本发明方法的原理是，根据不规则形状钢部件的几何形状，将其离散成丝状、板状或块状，钢部件的几何外形包含于丝状、板状或块状组合后的几何体中。然后，采用机械加工或铸造方法，加工出棒状、厚板、或块状坯料，采用热机械加工的方法，分别为拉拔、轧制或锻造，将坯料加工成丝材、板材或块材，采用排布或编织或缠绕、叠层、堆垛的方法将丝材、板材、块材放入低碳钢包套的内腔中，经过封边焊、真空封装后通过热等静压实现扩散连接，将包套去除后，制备出具有一定形状的钢部件预制坯，再经过机械加工、表面处理后，制备出钢部件。

本发明的制备方法，在制备易氧化材料的钢部件时，可以在真空条件或氩气保护下对坯料进行拉拔、轧制或锻造等热机械加工，以防止氧化。

以下介绍本发明方法的实施例：

实施例1：

（1）待加工钢部件的几何尺寸为Ф50mm×150mm，将300M钢部件分割成多个尺寸相同的块状，几何尺寸为8mm×8mm×5mm；

（2）采用机械加工的方法，将300M钢材加工成长方体状原始坯料，8mm×8mm×10mm；

（3）对上述长方体状坯料进行锻造，锻造工艺参数为：变形温度920℃，变形速率0.02毫米/秒，变形量为50％，对锻造得到的坯料采用机械加工的方法，加工成尺寸为8mm×8mm×5mm的块材；

（4）将步骤（3）的块材放入盐酸溶液中，进行表面酸洗，去除块材表面的污垢和氧化皮，盐酸的浓度为1摩尔/升，酸洗时间为5分钟，酸洗温度为55℃；

（5）采用机械加工的方法，用Q235钢加工一个包套，包套的尺寸为Ф56mm（内径）～60mm（外径）×150mm；

（6）将步骤（4）的块材根据钢部件的形状排列到包套的内腔中，将排列有块材的包套进行封边焊，对包套的内腔进行真空除气和封装；

（7）将真空封装后的包套放入热等静压炉中，实现块材之间的扩散连接，热等静压的压力为100MPa，温度为1100℃，时间为2小时；

（8）采用机械加工，去除上述钢部件的预制坯的低碳钢包套，得到钢部件的预制坯；

（9）对上述钢部件预制坯进行机械加工和表面处理，得到300M钢部件。

实施例2：

（1）待加工钢部件的几何尺寸为Ф50mm×150mm，将300M钢部件分割成厚度相同的板状，几何尺寸为Ф50mm×2mm；

（2）采用机械加工的方法，在厚度为3mm的300M钢板材上采用高压水切割的方法切割出几何尺寸为Ф50mm×2mm的板材；

（3）将步骤（2）的板材放入盐酸溶液中，进行表面酸洗，去除板材表面的污垢和氧化皮，盐酸的浓度为1.1，摩尔/升，酸洗时间为5分钟，酸洗温度为55℃；

（4）采用铸造的方法，用Q235钢加工一个包套，包套的尺寸为Ф52mm（内径）～60mm（外径）×150mm；

（5）将步骤（2）的板材根据钢部件的形状叠层到包套的内腔中，将叠层有板材的包套进行封边焊，对包套的内腔进行真空除气和封装；

（6）将真空封装后的包套放入热等静压炉中，实现板材之间的扩散连接，热等静压的压力为100MPa，温度为1100℃，时间为2小时；

（7）采用化学铣削方法，去除上述钢部件的预制坯的低碳钢包套，得到钢部件的预制坯，其中化学铣削的酸洗液成份为盐酸，盐酸的浓度为8摩尔/升，酸洗时间为120分钟，酸洗温度为55℃；

（8）对上述钢部件预制坯进行机械加工和表面处理，得到300M钢部件。

实施例3：

（1）待加工钢部件的几何尺寸为Ф50mm×150mm，将300M钢部件分割成直径相同的丝材，丝材直径为Ф2mm；

（2）选取直径为Ф2mm的300M钢丝，长度为75米，将钢丝放入盐酸溶液中，进行表面酸洗，去除丝材表面的污垢和氧化皮，盐酸的浓度为1摩尔/升，酸洗时间为5分钟，酸洗温度为55℃；

（3）采用机械加工的方法，用Q235钢加工一个包套，包套的尺寸为Ф55mm（内径）～60mm（外径）×150mm；

（4）将步骤（2）的丝材根据钢部件的形状排列到包套的内腔中，将排列有丝材的包套进行封边焊，对包套的内腔进行真空除气和封装；

（5）将真空封装后的包套放入热等静压炉中，实现丝材之间的扩散连接，热等静压的压力为150MPa，温度为1100℃，时间为2小时；

（6）采用机械加工，去除上述钢部件的预制坯的低碳钢包套，得到钢部件的预制坯；

（7）对上述钢部件预制坯进行机械加工和表面处理，得到钢部件。

Claims (1)

1.一种不规则形状的钢部件的成形方法，其特征在于该成形方法包括以下步骤：

（1）根据待加工钢部件的几何尺寸，将钢部件分割成多个尺寸相同的块状；

（2）采用机械加工或铸造的方法，将钢材加工成长方体状原始坯料；

（3）对上述长方体状坯料进行锻造，锻造工艺参数为：变形温度860℃～1000℃，变形速率0.02～0.1毫米/秒，变形量为50％～60%，对锻造得到的坯料采用高压水切割、线切割或机械加工的方法，加工成与步骤（1）块状尺寸和形状相适应的块材；

（4）将步骤（3）的块材放入酸洗液中，进行表面酸洗，去除块材表面的污垢和氧化皮，酸洗液为盐酸，盐酸的摩尔浓度为1～1.2摩尔/升；

（5）采用铸造或机械加工的方法，用低碳钢加工一个包套，包套内部的空腔与待成形钢部件的整体外形相适应；

（6）将步骤（4）的块材根据钢部件的形状排列到包套的内腔中，将排列有块材的包套进行封边焊，对包套的内腔进行真空除气和封装；

（7）将真空封装后的包套放入热等静压炉中，实现块材之间的扩散连接，热等静压的压力为50MPa～200MPa，温度为900℃～1100℃，时间为2～4小时；

（8）采用机械加工或化学铣削方法，去除待成形钢部件的低碳钢包套，得到钢部件的预制坯，其中化学铣削的酸洗液为盐酸，盐酸的摩尔浓度为5～8摩尔/升；

（9）对上述钢部件预制坯进行机械加工和表面处理，得到钢部件。