CN105127220A - 一种高强度高温合金棒材冷拔方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金领域的冷加工技术领域，公开了一种高强度高温合金棒材冷拔方法。该方法包括：(1)将棒材进行固溶热处理；(2)将经步骤(1)处理后的棒材进行冷拔前润滑处理；(3)将经步骤(2)处理后的棒材进行冷拔处理；其中，所述冷拔处理的总变形率为35％-40％，所述冷拔处理经历至少4个道次，其中，第1个道次的变形率为12％-16％，第2个道次的变形率为13％-16％，第3个道次的变形率为9％-11％，第4个道次的变形率为5％-9％。本发明提供的棒材冷拔方法易于操作，工作效率高，成品率高，可以有效克服由于棒材强度高造成的成型困难，易破坏模具，易出现表面划伤及竹节型磨损等表面缺陷，从而造成废品率高和工作效率低下的缺陷。

Description

一种高强度高温合金棒材冷拔方法

技术领域

本发明涉及冶金领域的冷加工技术领域，具体地，涉及一种高强度高温合金棒材冷拔方法。

背景技术

由于高强度难变形高温合金紧固件用合金棒材，尤其是Ni-Co-Cr基高强度紧固件用高温合金冷拔棒材的强度高，在冷拔过程中成型困难，易破坏模具，易出现表面划伤及竹节型磨损等表面缺陷，从而因表面缺陷严重造成废品率高。同时因为强度高，如果没有好的润滑措施，也容易造成棒材在冷拔过程中被拉断，从而降低成材率和工作效率，甚至会使冷拔工序无法完成。因此，实践中迫切需要一种成品率高的高强度紧固件用合金棒材冷拔方法。

发明内容

为了解决现有的棒材冷拔方法成型困难，成品率低的缺陷，本发明提出了一种高强度高温合金棒材冷拔方法。该方法尤其适用于高强度紧固件用合金棒材的冷拔，尤其是Ni-Co-Cr基高强度紧固件用高温合金棒材的冷拔。

本发明的发明人经实验、研究、分析和优化后发现，将棒材进行固溶热处理后用润滑剂进行充分的冷拔前润滑，然后进行冷拔处理，并在冷拔过程中保持棒材良好的润滑，冷拔过程中控制棒材的总变形率为35％-40％，以及采用多道次冷拔操作，可以有效克服由于棒材强度高造成的成型困难，易破坏模具，易出现表面划伤及竹节型磨损等表面缺陷，从而造成废品率高和工作效率低下的缺陷，从而完成了本发明。

本发明提供了一种高强度高温合金棒材冷拔方法，该方法包括：

(1)将棒材进行固溶热处理；

(2)将经步骤(1)处理后的棒材进行冷拔前润滑处理；

(3)将经步骤(2)处理后的棒材进行冷拔处理；其中，

所述冷拔处理的总变形率为35％-40％，所述冷拔处理经历至少4个道次，其中，第1个道次的变形率为12％-16％，第2个道次的变形率为13％-16％，第3个道次的变形率为9％-11％，第4个道次的变形率为5％-9％。

本发明提供的棒材冷拔方法易于操作，工作效率高，成品率高，可以有效克服由于棒材强度高造成的成型困难，易破坏模具，易出现表面划伤及竹节型磨损等表面缺陷，从而造成废品率高和工作效率低下的缺陷。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种高强度高温合金棒材冷拔方法，该方法包括：

(1)将棒材进行固溶热处理；

(2)将经步骤(1)处理后的棒材进行冷拔前润滑处理；

(3)将经步骤(2)处理后的棒材进行冷拔处理；其中，

所述冷拔处理的总变形率为35％-40％，所述冷拔处理经历至少4个道次，其中，第1个道次的变形率为12％-16％，第2个道次的变形率为13％-16％，第3个道次的变形率为9％-11％，第4个道次的变形率为5％-9％。

本发明提供的方法还可以包括在所述步骤(1)之前，对所述棒材表面进行磨光处理的操作。经所述磨光处理后，所述棒材的表面达到光滑无肉眼可见重皮、裂纹、夹杂等缺陷，允许局部缺陷修磨，但需深宽比达6以上，从而使后续的润滑更充分、均匀，也有利于冷拔操作时进一步减少摩擦，减少棒材坯料表面划伤的产生。

步骤(1)中，优选地，所述棒材为热轧棒材。进一步优选地，所述棒材为Ni-Co-Cr基高强度紧固件用高温合金棒材。再进一步优选地，所述棒材为Ni-Co-Cr基高强度螺栓用高温合金棒材。在本发明的一种优选的实施方式中，在所述棒材中，Ni含量为39.5-50.5重量％，Co含量为24-26重量％，Cr含量为15-17重量％，Ti含量为1.5-2.5重量％，Al含量为0.5-1.5重量％，Nb含量为0.8-1.4重量％，Ta含量为3.5-4.5重量％，W含量为1.5-2.5重量％，Mo含量为2.5-3.5重量％；C含量为0.01-0.02重量％，B含量为0.005-0.015重量％，Fe含量为≤0.5重量％，Si含量为≤0.35重量％，Mn含量为≤0.35重量％，P含量为≤0.007重量％，S含量为≤0.005重量％，Cu含量为≤0.02重量％，剩余为不可避免的杂质。所述棒材的强度可以为：室温屈服强度≥800Mpa，熔点可以为1290-1360℃。

步骤(1)中，所述固溶热处理的操作方式可以为：将所述棒材加热到1050-1100℃、优选1080-1085℃、更优选1082℃，然后保温1-2小时、优选1.2-1.8小时、更优选1.5小时后用水冷却。经过所述固溶热处理，棒材强化相得到回溶于基体中，并在快速水冷的条件下强化相来不及析出，因而使得所述棒材室温强度降低，室温屈服强度≤700Mpa，便于冷拔生产的顺利进行。

在所述步骤(1)之后，步骤(2)之前，所述方法还可以包括对所述棒材进行打尖的操作。所述棒材经打尖后形成的突起可以用作冷拔过程中的夹头。所述打尖的操作可以使用打尖机进行。

步骤(2)中，所述冷拔前润滑处理可以使用润滑剂进行。所述润滑剂可以为MoS₂和液体石蜡的混合物。所述MoS₂和液体石蜡的重量比可以为1：(0.5-1.5)，优选1:1。所述液体石蜡是指从原油分馏所得到的无色无味的混合物，主要成分为C9-C16的正构烷烃。所述液体石蜡可以商购获得，例如可以为购自长城润滑油公司牌号为长城SH(150)的商品。

步骤(2)中，经所述冷拔前润滑处理后，所述棒材表面的润滑剂的厚度为0.5-3mm，优选1-2mm。

步骤(3)中，所述冷拔处理的总变形率是指冷拔前的棒材横截面积减去冷拔后的棒材横截面积所得的差值与冷拔前的棒材横截面积的比值所换算成的百分数。所述每个道次的变形率是指在每个道次进行冷拔前的棒材横截面积减去冷拔后的棒材横截面积所得的差值与在该道次进行冷拔前的棒材横截面积的比值所换算成的百分数。

步骤(3)中，优选地，所述冷拔处理的总变形率为36.5％-38.5％，进一步优选37.5％。

步骤(3)中，优选地，所述第1个道次的变形率为13％-14％，第2个道次的变形率为14％-15％，第3个道次的变形率为9.5％-10.5％，第4个道次的变形率为6％-7％。

步骤(3)中，优选地，所述冷拔处理经历5个道次，其中，第1个道次的变形率为12-16％、优选为13-14％，第2个道次的变形率为13-16％、优选为14-15％，第3个道次的变形率为9-11％、优选为9.5-10.5％，第4个道次的变形率为5-9％、优选为6-7％，第5个道次的变形率为0％。由于本发明优选地采用了变形率为0％的第5个道次的冷拔，有效的降低了经过第4个道次冷拔后的棒材的应力，使得获得的经冷拔处理后的成品棒材的尺寸稳定性更高，提高了产品的成品率。

步骤(3)中，在所述冷拔过程中，还包括对所述棒材进行冷拔中润滑处理的操作。所述冷拔中润滑处理可以使用润滑剂进行。所述润滑剂与上述相同。所述冷拔中润滑处理可以为添加润滑剂，使得所述棒材表面润滑剂的厚度为0.5-3mm，优选1-2mm。通过冷拔中润滑处理，减少了冷拔过程中的摩擦，以及减少了棒材坯料表面的划伤和竹节型表面缺陷的产生。

本发明提供的方法还可以包括对经所述步骤(3)处理之后的棒材再重复依次进行所述步骤(2)和步骤(3)的操作，直到达到所需要的总变形率和所需要的产品尺寸。

本发明提供的方法还可以包括对完成冷拔后获得的产品进行矫直和表面磨光处理的操作。经矫直和表面磨光处理后的产品经表面、组织和性能检查合格后的产品即为可以交付使用的合格产品。

以下将通过具体的实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例中，

MoS₂粉为购自河南洛阳开拓者钼业公司颗粒度为≤1.5μm；纯洁度≥99.85％的商品。

液体石蜡为购自长城润滑油公司牌号为长城SH(150)的商品。

使用的棒材为Ni-Co-Cr基高强度螺栓用高温合金热轧棒材，该棒材中：

Ni含量为45.36重量％，Co含量为25.4重量％，Cr含量为15.28重量％，Ti含量为2.12重量％，Al含量为1.06重量％，Nb含量为1.14重量％，Ta含量为4.10重量％，W含量为2.00重量％，Mo含量为3.18重量％；C含量为0.013重量％，B含量为0.008重量％，Fe含量为0.186重量％，Si含量为0.06重量％，Mn含量为0.05重量％，P含量为0.005重量％，S含量为0.001重量％，Cu含量为0.01重量％，剩余0.027重量％为不可避免的杂质。该棒材的室温屈服强度为870Mpa，熔点为1320℃。

在进行固溶热处理之前，对该棒材表面进行磨光处理，使得棒材的表面粗糙度达到3.2μm以下，使其表面光滑无肉眼可见重皮、裂纹、夹杂等缺陷。

棒材总变形率的计算公式为：ψ＝(S₀-S₅)÷S₀×100％

其中，

ψ代表棒材的总变形率；

S₀代表冷拔前棒材的横截面积；

S₅代表第5道次冷拔完成后棒材的横截面积；

冷拔过程中各个道次的变形率的计算公式为：

ψ₁＝(S₀-S₁)÷S₀×100％；

ψ₂＝(S₁-S₂)÷S₁×100％；

ψ₃＝(S₂-S₃)÷S₂×100％；

ψ₄＝(S₃-S₄)÷S₃×100％；

ψ₅＝(S₄-S₅)÷S₄×100％；

其中，

ψ₁-ψ₅依次代表经过第1-5道次冷拔后棒材的变形率；

S₁-S₄依次代表经过第1-4道次冷拔完成后棒材的横截面积。

实施例1

本实施例用以说明本发明提供的棒材冷拔方法。

本实施例中使用的棒材的横截面直径为

将电炉加热到炉膛温度达到1080℃，并适当保温使温度均匀后，将棒材置入炉膛内，并保温1.5小时。将经保温处理的棒材快速出炉，立即置于水中进行进行水冷，使棒材冷却到室温。

使用打尖机对棒材的任意一端进行打尖，作为冷拔过程中的夹头。

称取1kg的MoS₂粉和1kg液体石蜡，混合均匀，作为润滑剂。

将制备好的润滑剂均匀涂抹于棒材表面，使得棒材表面的润滑剂厚度达到2mm。

将经过润滑剂处理的棒材依次置于以下五个道次的模具中进行冷拔，冷拔过程中添加润滑剂，保持棒材表面润滑剂的厚度为2mm：

第1道次：模具孔直径棒材通过第1道次后的变形率为15.57％；

第2道次：模具孔直径棒材通过第2道次后的变形率为14.57％；

第3道次：模具孔直径棒材通过第3道次后的变形率为9.98％；

第4道次：模具孔直径棒材通过第4道次后的变形率为6.37％；

第5道次：模具孔直径棒材通过第5道次后的变形率为0％。

经过上述冷拔操作，使得棒材的总变形率达到39.21％，从而获得了直径为的螺栓。将螺栓进行矫直和表面磨光处理后即获得合格的螺栓产品。所获得的螺栓产品表面光滑、没有明显的划痕和竹节型磨损，产品合格率达到100％。

实施例2

本实施例用以说明本发明提供的棒材冷拔方法。

除以下操作参数外，其余操作参数同实施例1。

本实施例中使用的棒材的横截面直径为

将制备好的润滑剂均匀涂抹于棒材表面，使得棒材表面的润滑剂厚度达到2mm。

将经过润滑剂处理的棒材依次置于以下五个道次的模具中进行冷拔，冷拔过程中添加润滑剂，保持棒材表面润滑剂的厚度为2mm：

第1道次：模具孔直径棒材通过第1道次后的变形率为12.39％；

第2道次：模具孔直径棒材通过第2道次后的变形率为15.20％；

第3道次：模具孔直径棒材通过第3道次后的变形率为9.90％；

第4道次：模具孔直径棒材通过第4道次后的变形率为8.85％；

第5道次：模具孔直径棒材通过第5道次后的变形率为0％。

经过上述冷拔操作，使得棒材的总变形率达到38.98％，从而获得了直径为的螺栓。将螺栓进行矫直和表面磨光处理后即获得合格的螺栓产品。所获得的螺栓产品表面光滑、没有明显的划痕和竹节型磨损，产品合格率达到100％。

实施例3

除以下操作参数外，其余操作参数同实施例1。

第1道次：模具孔直径棒材通过第1道次后的变形率为13％；

第2道次：模具孔直径棒材通过第2道次后的变形率为15％；

第3道次：模具孔直径棒材通过第3道次后的变形率为9.5％；

第4道次：模具孔直径棒材通过第4道次后的变形率为7％；

经过上述冷拔操作，使得棒材的总变形率达到35.1％，从而获得了直径为的螺栓。将螺栓进行矫直和表面磨光处理后即获得合格的螺栓产品。所获得的螺栓产品表面光滑、没有明显的划痕和竹节型磨损，产品合格率达到100％。

实施例4

除以下操作参数外，其余操作参数同实施例2。

第1道次：模具孔直径棒材通过第1道次后的变形率为14％；

第2道次：模具孔直径棒材通过第2道次后的变形率为14％；

第3道次：模具孔直径棒材通过第3道次后的变形率为10.5％；

第4道次：模具孔直径棒材通过第4道次后的变形率为6％；

经过上述冷拔操作，使得棒材的总变形率达到37.8％，从而获得了直径为的螺栓。将螺栓进行矫直和表面磨光处理后即获得合格的螺栓产品。所获得的螺栓产品表面光滑、没有明显的划痕和竹节型磨损，产品合格率达到100％。

对比例1

除以下操作参数外，其余操作参数同实施例1。

在冷拔前和冷拔过程中不使用润滑剂对棒材进行润滑处理。

对冷拔棒材表面进行检验发现，冷拔过程变形困难，出现明显的竹节型磨损和直线划痕，产品合格率为0％。

对比例2

除以下操作参数外，其余操作参数同实施例1.

仅使用两个道次对棒材进行冷拔，冷拔操作如下：

第1道次：模具孔直径棒材通过第1道次后的变形率为27.87％；

第2道次：模具孔直径棒材通过第2道次后的变形率为15.71％；

冷拔过程中，夹头咬入困难；当夹头咬入后，在冷拔过程中由于棒材变形抗力大，夹头被拉断，并且模具损坏，冷拔生产无法顺利进行。

比较实施例1-4和对比例1-2可以发现，使用本发明提供的棒材冷拔方法，获得的产品成品率高，同时还可以有效克服由于棒材强度高造成的成型困难，易破坏模具，易出现表面划伤及竹节型磨损等表面缺陷，从而造成废品率高和工作效率低下的缺陷。

Claims (10)

1.一种高强度高温合金棒材冷拔方法，其特征在于，该方法包括：

（1）将棒材进行固溶热处理；

（2）将经步骤（1）处理后的棒材进行冷拔前润滑处理；

（3）将经步骤（2）处理后的棒材进行冷拔处理；其中，

所述冷拔处理的总变形率为35%-40%，所述冷拔处理经历至少4个道次，其中，第1个道次的变形率为12%-16%，第2个道次的变形率为13%-16%，第3个道次的变形率为9%-11%，第4个道次的变形率为5%-9%。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中，所述棒材为热轧棒材；

优选地，所述棒材为Ni-Co-Cr基高强度紧固件用高温合金棒材；

进一步优选地，所述棒材为Ni-Co-Cr基高强度螺栓用高温合金棒材。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述棒材中，Ni含量为39.5-50.5重量%，Co含量为24-26重量%，Cr含量为15-17重量%，Ti含量为1.5-2.5重量%，Al含量为0.5-1.5重量%，Nb含量为0.8-1.4重量%，Ta含量为3.5-4.5重量%，W含量为1.5-2.5重量%，Mo含量为2.5-3.5重量%，C含量为0.01-0.02重量%，B含量为0.005-0.015重量%，Fe含量为≤0.5重量%，Si含量为≤0.35重量%，Mn含量为≤0.35重量%，P含量为≤0.007重量%，S含量为≤0.005重量%，Cu含量为≤0.02重量%。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，步骤（1）中，所述固溶热处理的操作方式为：将所述棒材加热到1050-1100℃、优选1080-1085℃，然后保温1-2小时、优选1.2-1.8小时后用水冷却。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（2）中，所述冷拔前润滑处理使用润滑剂进行，所述润滑剂为MoS₂和液体石蜡的混合物；

优选地，所述MoS₂和液体石蜡的重量比为1：（0.5-1.5）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，经所述冷拔前润滑处理后，所述棒材表面的润滑剂的厚度为0.5-3mm，优选1-2mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（3）中，所述冷拔处理的总变形率为36.5%-38.5%；

优选地，所述第1个道次的变形率为13%-14%，第2个道次的变形率为14%-15%，第3个道次的变形率为9.5%-10.5%，第4个道次的变形率为6%-7%。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（3）中，所述冷拔处理经历5个道次，其中，第1个道次的变形率为12-16%、优选为13-14%，第2个道次的变形率为13-16%、优选为14-15%，第3个道次的变形率为9-11%、优选为9.5%-10.5，第4个道次的变形率为5-9%、优选为6-7%，第5个道次的变形率为0%。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，步骤（3）中，在所述冷拔过程中，还包括对所述棒材进行冷拔中润滑处理的操作；

所述冷拔中润滑处理使用润滑剂进行，所述润滑剂为MoS₂和液体石蜡的混合物；

优选地，所述MoS₂和液体石蜡的重量比为1：（0.5-1.5）；

优选地，所述冷拔中润滑处理为添加润滑剂，使得所述棒材表面润滑剂的厚度为0.5-3mm，优选1-2mm。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括对经所述步骤（3）处理之后的棒材再重复依次进行所述步骤（2）和步骤（3）的操作。