CN102965482A - 一种金属件变形修复方法 - Google Patents

Abstract

一种金属制品变形的热蠕变修复方法，提出了一种修复大型铸件、细长型材件的弯曲变形缺陷的新方法。该方法基于金属高温蠕变原理，通过外加恒定载荷—高温蠕变—应力松弛三种机制的相互作用，使金属发生塑性变形，从而消除弯曲变形缺陷，同时起到消除残余内应力的作用，以此获得符合外观尺寸、表面质量和内在性能要求的合格金属制品。

Description

一种金属件变形修复方法

技术领域

本发明涉及一种金属制品变形修复方法，特别涉及金属材料、铸造和压力加工技术，可应用于大型铸件、细长型材件的弯曲变形修复领域。

背景技术

在机械制造领域，有些比较长的金属制件，例如：机床的床身、工作台、垫板等铸铁件，铝合金、镁合金、钛合金挤压型材（长达5-30米）等，在成形过程中由于残余应力的存在，出现弯曲或扭拧变形，从而影响产品的形状和尺寸精度。这些长大金属件一旦出现变形，矫正难度很大，难以通过外力使其变形还原。

蠕变是金属材料的固有特性之一，金属高温蠕变与应力及温度密切相关。在较低温度下，蠕变现象不明显，当温度达到0.37 T m （T m为材料的熔点）以上时，金属材料就会产生明显的蠕变现象，当温度T≥0.5 Tm时，蠕变变形达到不可忽略的程度。

通过对基于弹塑性变形理论的热蠕变机理研究，开发了大型铸件、镁铝挤压型材、机床床身等弯曲变形的热蠕变修复技术，并将其应用于金属件的热时效过程进行变形修复实践。

发明内容

本发明的目的是为大型铸件、细长型材件等的弯曲变形提供一种先进可行的修复工艺。

本发明热蠕变变形修复技术的理论依据是：

为使发生弯曲变形的金属零件恢复至正常尺寸和形位，室温下将零件通过一定的装夹方式固定在热蠕变修复工装上，在变形位置加以与变形方向逆向的载荷。将零件和工装一起放入加热炉内进行加热退火，在使零件材料发生明显蠕变而又不至于产生高温氧化等其他缺陷的温度范围内保温一段时间。在此过程中，零件材料受到外加载荷—蠕变—应力松弛三种机制的动态协同作用，外形尺寸逐渐变化，变形缺陷逐渐减小甚至消失，直到最终获得符合尺寸精度要求的金属零件。

金属制品弯曲变形的热蠕变修复分为两个阶段：

第一阶段是冷支撑校准，具体操作方法如附图1所示。通过工装支撑和压铁产生的载荷作用,在金属构件体内产生内应力,为热蠕变修复提供条件。

第二阶段是加热蠕变修复。该阶段的关键是确定退火加热温度和保温时间。当温度过高时，会使金属制品产生高温氧化、过热、火烧等缺陷，因而蠕变修复加热温度必须控制在一定的温度范围内，一般可根据相图、热加工图、蠕变曲线及实际生产经验来确定。

本发明与传统矫正工艺的不同之处在于，利用加热蠕变原理，使工件在热和外加载荷的作用下发生缓慢的塑性变形，同时起到消除变形缺陷和内应力的双重作用。对于室温下难变形和对应力集中和裂纹敏感性较高的金属构件尤为适用。

本发明与传统蠕变时效成型工艺原理相似，但加载方式与加热温度范围不同。蠕变时效成型工艺预加载荷是产生留有回弹余量的弹性变形的一次性成型载荷，加热温度为零件材料时效处理的温度；本发明预加载荷是利用压铁自身重力迫使零件变形部位逐渐恢复至正常尺寸和形位的恒定载荷，加热温度能够使零件材料产生明显有效的蠕变而又不产生高温氧化等缺陷即可。

生产过程中，对弯曲变形的床身、工作台等长大铸件应用热蠕变修复技术进行校正，使变形的铸件得到矫正修复。在蠕变加热和保温的过程中，同时可起到去应力退火的作用。热蠕变修复后，工件表面仅有很薄的一层氧化膜，尺寸余量满足精加工要求。

附图说明

图1是金属制品变形缺陷热蠕变修复技术工装示意图，各部分构成如图中所示。

具体实施方式

本发明金属制品变形缺陷热蠕变修复技术所需要的工装设备及工具主要有：加热炉、压铁、垫铁、夹具等。

第一步：装夹零件

装夹需进行修复的构件时，构件的弯曲凸起的部分要朝上，底部用适当数量的垫铁垫平，凸起部分与垫铁间的距离为铸件在该处的变形尺寸。选择支点很重要，在弯度最大的地方，选取的垫块要比其他地方的垫块低3~5毫米，并向两端逐级减小，作为金属制品冷却后的回弹余量。

第二步：加压铁

随后，在构件凸起部分的相应位置放上足够的压铁，根据铸件弯的程度和铸件的长度来选择压重的多少。压重过大，容易将铸件压裂；压重过小，起不到有效的正型作用。

第三步：入炉加热

根据相图、热加工图、蠕变曲线及实际生产经验确定加热的温度，一般温度下限要保证金属能够在温度区间内能够发生明显的蠕变（T≥Tm），上限温度应保证不使金属制品产生高温氧化、过热、火烧等缺陷。根据蠕变曲线，较高温度下，蠕变速率较大，故蠕变修复温度区间应接近上限以节省工时。实际加热温度和保温时间根据工件变形程度、材质种类和实际修复效果确定。

退火过程中矫正的关键在于：1）要掌握好垫铁的位置，垫铁要垫稳、垫实，在退火过程中不得发生变形和移位；2）垫铁和铸件变形部位之间的尺寸（矫正尺寸）要掌握好；3）压铁的位置和重量要掌握好，否则将达不到理想的效果。

实施例一：

以球墨铸铁为例，其熔点Tm 大约在1140℃～1200℃。由此可以得出，球墨铸铁热修复蠕变加热温度应不低于420℃。又根据生产经验，球墨铸铁加热温度低于550℃时，工件表面不会产生氧化皮，仅有很薄的一层氧化膜，不会影响工件装配尺寸。故可确定适用于球墨铸铁热蠕变修复工艺的加热温度为510~550℃。该温度正处理球墨铸铁铸件的去应力退火温度范围内。铸件在退火的过程中随着温度的升高而逐渐得到矫正，这样既达到了矫正的目的，又不增加铸件的内应力。保温时间为12～16h。

实施例二：

以6系变形铝合金为例，该类合金是典型的可时效强化合金，一般时效温度160~200℃。该系合金不能应用蠕变时效方式成型的原因是由于其在人工时效处理后，损伤容限性能大大降低。但对于民用型材等服役条件要求不是很高的领域，这种影响可以忽略。对该类型材进行弯曲变形矫正，一般加热温度180~220℃，保温时间12~24h，具体工艺视材料而定。在此温阶段进行热蠕变修复也避免了挤压组织发生再结晶组织急剧长大的可能。

实施例三：

AZ系、ZK系等镁合金挤压型材，在温度高于230℃时，其塑性性能得到明显改善。当温度高于250℃时，镁合金即发生再结晶。为避免型材在长时间高温环境下发生晶粒长大、高温氧化及晶界过烧，镁合金制品变形缺陷的热蠕变修复温度应控制在较低温度范围内，一般可取260~300℃，保温12~24小时。

Claims (8)

1.一种金属制品变形的热蠕变修复方法，其特征在于：利用金属高温蠕变原理，通过加热和加载，使金属制品变形缺陷部位发生永久性塑性变形，恢复至满足精度要求的正常尺寸和形位。

2.根据权利要求1所述的金属制品变形的热蠕变修复方法，其特征在于，对金属制品变形部位施加载荷是通过压铁自身重力实现的恒定载荷。

3.根据权利要求1所述的金属制品变形的热蠕变修复方法，其特征在于，炉温控制在150~600℃，保温时间12~24h，实际保温温度和时间根据具体材质的特性而定。

4.根据权利要求3所述的金属制品变形的热蠕变修复方法，当零件材质为球墨铸铁时，加热温度为510~550℃，保温时间为12~16h。

5.根据权利要求3所述的金属制品变形的热蠕变修复方法，当零件材质为6系变形铝合金时，加热温度为180~220℃，保温时间为12~24h。

6.根据权利要求3所述的金属制品变形的热蠕变修复方法，当零件材质为AZ系、ZK系变形镁合金时，加热温度为260~300℃，保温时间为12~24h。

7.根据权利要求1所述的金属制品变形的热蠕变修复方法，在弯度最大部位下端的垫块要比其他地方的垫块低3~5毫米，并向两端逐级减小，作为金属制品冷却后的回弹余量。

8.根据权利要求1所述的金属制品变形的热蠕变修复方法，压铁压重根据制品弯曲的程度和制品的长度来选择。

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