CN103074473A - 高性能合金钢制备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能合金钢制备方法，将铸态、轧态或锻态的合金钢切割成坯料，所述坯料的截面形状可根据实际需要切割成圆形或方形，对所述坯料进行表面机加工处理，坯料表面涂敷润滑剂，采用与坯料截面形状相一致的等通道转角挤压模具进行等通道转角挤压处理，每次挤压处理后再次对坯料表面进行机加工，经4次以上等通道转角挤压处理后，将坯料表面处理干净，进行表面激光熔凝处理，所述激光熔凝处理可根据实际使用需要改变表面处理的工作参数，最终获得基体具有高力学性能，表面具有高摩擦学性能的合金钢块材。本发明可以显著提高合金钢的机械性能及摩擦学性能，拓展该合金的应用范围，更好的满足实际生产对高性能合金钢的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能合金钢制备方法，采用等通道转角挤压与激光熔凝技术相结合的方法制备高性能合金钢合金块材，提高合金钢的塑性、强度、硬度等机械性能及其摩擦学性能，进而提高该合金的实际工程应用价值。属于金属材料成型与加工技术领域。
背景技术
钢铁材料作为人类使用的最传统和最主要的结构材料，其经济性和性能多样性的结合是目前任何一类工程材料难以媲美的，并在今后相当长的时间内仍将发挥主导作用。合金钢由于添加了合金元素，改善了钢的物理与机械性能，具有强度高，塑性韧性好及耐腐蚀性好等优点，应用范围越来越广。但随着科学技术的发展及各种行业对合金的大量需求，合金钢材料的生产正面临着资源问题的巨大压力。磨损是导致合金钢零部件失效的主要原因，据统计机械零部件的失效80%是由磨损引起的，由此带来了巨大的材料浪费与消耗。因此，如何充分发挥合金钢的优势，进一步提高其力学性能及摩擦学性能，延长其使用寿命成为目前研究的难点问题。
传统提高合金钢力学性能与摩擦学性能方法主要通过改变元素含量的方法，这种方法虽在一定程度上可改善合金钢的力学性能，但也存在一定得不足。通常变形合金的变形能力(韧塑性指标)、力学性能、变形温度和合金元素含量之间有着密切联系。改变了合金元素的含量改善合金耐磨性的同时，也会导致合金其它力学性能的改变，通常会引起合金钢塑性及韧性的下降，影响其正常使用。
随着合金钢的应用范围扩大，对合金钢的力学性能及摩擦学性能提出了更高的要求，目前的方法和工艺难以满足要求，制约了合金钢的应用范围的扩大。为了满足科技的发展对合金钢更高性能的需求，提高产品质量，迫切需要新的途径进一步提高合金钢的性能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种可制备具有高综合性能的合金钢制备方法，既可显著提高合金钢的力学性能，又可显著提高合金钢的摩擦学性能，解决了现有工艺力学性能与摩擦学性能难以兼顾的难题。
为实现这一目的，本发明的技术方案中，采用了等通道转角挤压与激光熔凝技术相结合的方法。首先将铸态、轧态或锻态的合金钢进行机加工，切割成块状坯料，对坯料进行表面加工处理，使坯料表面平整光滑，在坯料表面涂敷石墨润滑剂后，采用等通道转角挤压模具进行等通道转角挤压，经过4道次等通道转角挤压处理后，对处理后的合金钢进行表面清理，进行激光熔凝处理，最终获得力学性能、摩擦学性能等性能良好的合金钢材料。
本发明的一种高力学性能与摩擦学性能的合金钢制备方法具体为：将合金钢毛坯采用线切割加工方法加工成与等通道转角挤压模具截面形状相同块状坯料，并对坯料表面进行磨削，使坯料表面光滑平整，具有较高的光洁度。用丙酮对坯料进行表面清洗，在70～120℃的温度下预热10～20分钟，然后在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，放在60～100℃的温度下烘干8～15分钟。
本发明采用等通道转角挤压模具的挤压通道角度为60～120°。用丙酮对模具进行表面和型腔清洗，在150℃的温度下预热30～50分钟，然后涂敷石墨润滑剂，涂层厚度要均匀。将涂好润滑剂的合金钢坯料放入等通道转角挤压模具中，并将模具装配好，在液压万能试验机上对坯料进行挤压。对挤压出的坯料再进行表面处理使其光滑平整，并对模具型腔和坯料涂敷石墨润滑剂，再进行第2次挤压，重复以上过程，进行4道次以上等通道转角挤压。
对经等通道转角挤压处理后的合金钢坯料进行表面磨削，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120℃的温度下烘干10～20分钟，随后进行激光熔凝表面处理。激光熔凝处理过程中，可根据需要调整输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，可按需获得具有不同深度的表面处理层。
本发明采用等通道转角挤压与激光熔凝相结合的制备方法，对合金钢先进行等通道转角挤压处理，再进行激光熔凝处理，此方法显著提高了合金钢的力学性能与摩擦学性能。若采用轧态或锻态合金钢，因此类合金钢已进行过塑性变形处理，等通道挤压次数可适当减少；若采用铸态合金钢，则等通道转角挤压次数可适当增加。
等通道转角挤压处理后，合金钢强度、硬度等力学性能与常规塑性变形工艺处理的合金钢力学性能相比显著提高，可进一步提高合金钢的力学性能，制备出具有较高力学性能的合金钢基体材料；经过激光熔凝处理后，合金钢表面的摩擦学性能显著提高，最终获得综合性能高的合金钢材料，可充分发挥合金钢的优势，扩大合金钢的应用范围。试样在挤压前后尺寸不变，处理简单，成材率高，并可实现大工件加工。挤压前对模具型腔及待挤压的坯料分别进行润滑处理，可显著的降低坯料和模具工作表面间的滑动摩擦阻力，从而有效地提高合金材料的流动均匀性，保证挤压过程的顺利进行；润滑处理工艺方法简单，咸本低，经实际操作后，坯料与模具自行脱落，没有相互粘结在一起，工艺性好，且具有较高的工作效率。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1：
将牌号为ZGD270-480的铸态合金钢毛坯采用线切割加工方法加工成截面积为20×20mm，长度为3OOmm的块状坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在120℃的温度下预热15分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，涂敷后坯料在100℃的温度下烘干10分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，则进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在150℃的温度下预热40分钟，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的合金钢放在模具中，把模具装配好，在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2-5次挤压。
将等通道转角挤压处理后的合金钢进行表面处理，使表面光滑平整，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120℃的温度下烘干10～20分钟，烘干后进行激光熔凝处理，选择合适的输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，获得了深度为0.4mm的表面处理层。
实施例2：
将牌号为39Cr的轧态合金钢毛坯采用线切割加工方法加工成截面形状为圆形，截面半径为10mm，长度为3OOmm的圆柱形坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在120℃的温度下预热15分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，涂敷后坯料在100℃的温度下烘干10分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，则进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在150℃的温度下预热40分钟，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的合金钢放在模具中，把模具装配好，在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2-5次挤压。
将等通道转角挤压处理后的合金钢进行表面处理，使表面光滑平整，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120℃的温度下烘干10～20分钟，烘干后进行激光熔凝处理，选择合适的输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，获得了深度为0.5mm的表面处理层。
实施例3：
将牌号为Q295的锻态合金钢毛坯采用线切割加工方法加工成截面形状为圆形，截面半径为15mm，长度为2OOmm的圆柱形坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在120℃的温度下预热15分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，涂敷后坯料在100℃的温度下烘干10分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，则进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在150℃的温度下预热40分钟，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的合金钢放在模具中，把模具装配好，在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2-5次挤压。
将等通道转角挤压处理后的合金钢进行表面处理，使表面光滑平整，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120℃的温度下烘干10～20分钟，烘干后进行激光熔凝处理，选择合适的输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，获得了深度为0.3mm的表面处理层。
Claims (5)
1.一种高性能合金钢制备方法，其特征在于：采用等通道转角挤压与激光熔凝相结合的方法，先对合金钢进行多道次等通道转角挤压处理，获得具有高力学性能的合金钢基体材料，后对经挤压处理后的合金钢进行激光熔凝表面处理，最终获得基体具有高力学性能，表面具有高摩擦学性能的合金钢块材。
2.根据权利要求1所述的高性能合金钢制备方法，其特征在于：用于等通道转角挤压的合金钢可以为铸态、轧态或锻态的任何一种形态。
3.根据权利要求1所述的高性能合金钢制备方法，其特征在于：等通道转角挤压处理前合金钢需切割成块状坯料，坯料的截面形状可根据实际需要切割成圆形或方形，坯料进行每次等通道转角挤压处理前需进行机加工处理。
4.根据权利要求1所述的高性能合金钢制备方法，其特征在于：每次等通道转角挤压处理时坯料表面需涂敷润滑剂，以减小坯料与等通道转角挤压模具的磨损。
5.根据权利要求1所述的高性能合金钢制备方法，其特征在于：经过4次以上等通道转角挤压处理后，对合金钢进行激光熔凝表面处理，处理时可调整激光工艺参数，以获得不同深度的表面处理层。
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