CN104175065A - 1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法 - Google Patents

1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，其步骤为：将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢加热到1000～1200℃，经反复镦粗、拔长，总变形量为55％～70％的锻造变形后，以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟，获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料；再加热到锻造温度，经镦粗、冲孔、平高度，得到该合金环坯；在940～980℃的温度下，以最大为2.8mm/s的进给速度轧制成形，获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。该方法能使1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在成形过程中处于超塑性状态，从而获得性能和尺寸均符合要求的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。该环形件主要作为连接环、轴承环等被广泛地用于航空、航天等工业领域的机械装备上。

Description

1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法
技术领域
本发明涉及了一种超塑性成形方法，特别是涉及了一种1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法。
背景技术
复杂截面环形件作为连接、回转支承环、轴承环等被广泛地用于航空、航天、工程机械、风力发电、石油化工等工业领域的大型机械装备上。这类环件服役条件苛刻，对其使用性能要求较高，而且环形件结构复杂，采用传统的成形方法很难同时满足环形件的性能和尺寸要求。
超塑性成形技术由于具有变形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形复杂零件等优点而在航空、航天等领域获得广泛的应用。目前，对于1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性的研究，仅限于材料的拉伸试验中；而在环轧领域中，对0Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形尚未见到报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用细小均匀晶粒的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料来实现1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，该坯料在一定的应变速率和温度范围内能使1Cr21Ni5Ti双相不锈钢处于超塑性状态，从而在较小的压力下，获得性能和尺寸均符合要求的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
为解决上述技术问题，本发明所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，其技术方案包括以下步骤：
(1)按一定规格将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材；
(2)将上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢进行晶粒细化处理，制备细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料；
(3)将上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯；
(4)对上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行超塑性成形，得到1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
上述步骤(2)所述对1Cr21Ni5Ti双相不锈钢晶粒细化处理的方法为：将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1000～1200℃，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为55％～70％；再将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟，水冷；获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料。
上述步骤(3)所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯的高度应与最终成形的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同。
上述步骤(4)所述超塑性成形的过程为：先对1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯加热至980℃，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在940℃～980℃的温度下，以最大为2.8mm/s的进给速度将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料经轧制成形，获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
进一步地，主辊的最大进给速度的计算方式如下：
v 0 = ϵV ( 1 - μ ) 2 v 1 Rh
式中，
v0为主辊的最大进给速度；
ε为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率；
V为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积；
μ为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数；
v1为主辊的转速；
R为主辊的半径；
h为环件的高度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，1Cr21Ni5Ti钢属于铁素体-奥氏体双相不锈钢，该不锈钢在1000～1200℃温度下，钢中的合金元素Ni在铁素体和奥氏体中的溶解度相近，其强化效果相同，在该温度下锻造时，铁素体和奥氏体能够获得相同程度上的细化；再以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟，能够保证铁素体和奥氏体在相互转化的过程中，达到所需比例，获得组织均匀细化的铁素体-奥氏体双相组织，经测试，该1Cr21Ni5Ti双相不锈钢的晶粒尺寸大小为4μm(符合1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性要求的小于10μm)，且呈均匀分布。1Cr21Ni5Ti双相不锈钢经过晶粒细化处理后，能够有效地提高材料的延伸率，降低流动应力。
经过上述晶粒细化处理的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在940～980℃的温度下，以最大2.8mm/s的进给速度进行轧制时，应变速度的最大值为2.0×10-3s-1，此时，1Cr21Ni5Ti双相不锈钢满足超塑性条件，达到了超塑性状态。经测试，此时1Cr21Ni5Ti双相不锈钢的延伸率能够达到525％～575％，能够完全满足1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环件的成形要求。
具体实施方式
实施本发明所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，需要提供高温加热炉、压力机、机械手，环轧机等设备，环轧机的主辊直径为Φ860mm。具体实施方式如下：
1Cr21Ni5Ti双相不锈钢主要化学元素含量(重量百分比)为：含C量0.09％～0.14％、含Mn量≤0.80％、含Si量≤0.80％、含Cr量20.0％～22.0％、含Ni量4.80％～5.80％、含Ti量0.60％～0.80％、含S量≤0.025％、含P量≤0.035％、余量为Fe。
1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形工艺步骤如下：
按一定规格将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材；将所1Cr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1200℃，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为60％；再将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟，水冷；获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料；再将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯，该环坯的高度与最终成形的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同。
对所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯加热至980℃，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在940℃～980℃的温度下，以最大为2.8mm/s的进给速度将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料经轧制成形，获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
上述最大进给速度的计算方式如下：
v 0 = ϵV ( 1 - μ ) 2 v 1 Rh
式中，
v0为最大进给速度；
ε为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率；
V为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积；
μ为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数；
v1为主辊的转速；
R为主辊的半径；
h为环件的高度。

Claims (5)

1.一种1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按一定规格将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材；
(2)将上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢进行晶粒细化处理，制备细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料；
(3)将上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯；
(4)对上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行超塑性成形，得到1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
2.根据权利要求1所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步骤(2)1Cr21Ni5Ti双相不锈钢晶粒细化处理的方法为：将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1000～1200℃，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为55％～70％；再将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟，水冷；获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料。
3.根据权利要求1所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步骤(3)1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯的高度应与最终成形的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同。
4.根据权利要求1所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步骤(4)超塑性成形的过程为：先对1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢加热至980℃，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在940℃～980℃的温度下，以最大为2.8mm/s的进给速度将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料经轧制成形，获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
5.根据权利要求1或4所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述最大进给速度的计算方式如下：
v 0 = ϵV ( 1 - μ ) 2 v 1 Rh
式中，
v0为最大进给速度；
ε为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率；
V为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积；
μ为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数；
v1为主辊的转速；
R为主辊的半径；
h为环件的高度。
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