CN108213863A - 高能/超高能夏比v型缺口标准试样的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,该方法包括:将高纯度合金作为原料进行两次冶炼,将原料加工成长方体毛坯料;对长方体毛坯料进行退火,获取组织稳定的毛坯料;对组织稳定的毛坯料进行锻造及轧制,获取轧制板材;对轧制板材进行固溶处理,获取材料组织结构稳定的成品坯料;对成品坯料进行热处理后采用特定的机械加工方式制取高能/超高能夏比V型缺口标准试样。本发明通过一定比例冶炼合金确保毛坯料纯度,通过退火获得组织稳定的毛坯料,通过锻造及轧制获取均匀的轧制板材,通过热处理确保成品坯料的组织结构一致,通过特定标准试样V型缺口加工方式确保高能/超高能夏比V型缺口标准试样的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及标准物质制备领域,具体地,涉及一种高能/超高能夏比V 型缺口标准试样的制备方法。
背景技术
标准冲击试样是冲击能国家基准装置的重要组成部分,是冲击能基准 量值传递的唯一手段。目前金属夏比V型缺口标准试样是国际上通用的标 准试样,欧美等国的夏比V-型缺口标准冲击试样均有低、中和高三个能量 级,其标准偏差在2%~4%之间。国家标准GB/T18658-2002和国际通用标 准ISO148-3:2017都规定标准冲击试样为夏比V-型缺口冲击试样,且满足 以下条件:从同一批标准试样中随机抽取不少于25个试样,能量低于40J的试样其标准偏差应为±2.0J;能量不低于40J的试样其相对标准偏差应为 ±5%。
由于影响夏比V型缺口标准试样冲击能的因素很多,如材料本身夹杂、 热处理过程中产生的缺陷、试样的加工制备过程、试验装备及试验温度的 控制等,导致冲击能量值标准偏差较大,难以达到国标的要求,国家冲击 能基准量值无法向下传递,研制符合国标要求能进行冲击能量值传递的标 准冲击试样成为当前研究的重中之重,因此有必要研发一种制备符合国标 的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的方法。
发明内容
本发明提出了一种高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,通 过高纯度合金的冶炼获取毛坯料,通过对毛坯料进行退火、锻造、轧制及 热处理获取内部组织结构稳定的成品坯料,通过对成品坯料机械加工获得 符合国标的高能/超高能夏比V型缺口标准试样。
为了实现上述目的,本发明提出了一种高能/超高能夏比V型缺口标准 试样的制备方法,包括:
将高纯度合金作为原料进行两次冶炼,将所述原料加工成长方体毛坯 料;对所述长方体毛坯料进行退火,获取组织稳定的毛坯料;
对所述组织稳定的毛坯料进行锻造及轧制,获取轧制板材;
对所述轧制板材进行固溶处理,获得材料内部组织结构稳定的成品坯 料;
对所述成品坯料进行进行热处理,获取冲击样品坯料;
对所述冲击样品坯料进行机械加工,获取高能/超高能夏比V型缺口标 准试样;
其中,所述高纯度合金中含有:镍、铝、钛、钴、钼、碳、硼、磷、 硫及铁,以所述高纯度合金采用的成分设计为(wt%):所述镍:18-19,所 述铝:0.1-0.2,所述钛:0.3-0.5,所述钴:6-9,所述钼:3-6,所述碳:0.005-0.010, 所述硼:0.001-0.002,所述磷:0.002-0.005,所述硫:0.0002-0.0005,钒: 0,铬:0,余量为铁及不可避免的夹杂。
本发明的有益效果在于:通过两次真空炉冶炼合金确保毛坯料纯度, 通过退火获得组织稳定的毛坯料,通过锻造及轧制获取组织均匀的热轧板 材,通过固溶处理确保成品坯料的组织结构一致,通过不同的热处理工艺, 获取不同能量级的冲击样品坯料,通过新的V型缺口加工方式确保高能/超 高能夏比V型缺口标准试样的一致性。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述,本发明的 上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了根据本发明的一个实施方式的高能/超高能夏比V型缺口标 准试样的制备方法制备的超高能夏比V型缺口标准试样的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施方式的超高能夏比V型缺口标准试 样的制备方法的热处理工艺示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的高能/超高能夏比V型缺口标 准试样的制备方法的深冷回火热处理工艺示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的高能夏比V型缺口标准试样 的制备方法的热处理工艺示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优 选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐 述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻 和完整,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,包 括:
将高纯度合金作为原料进行两次冶炼,将所述原料加工成长方体毛坯 料;对所述长方体毛坯料进行退火,获取组织稳定的毛坯料;
对所述稳定的毛坯料进行锻造及轧制,获取轧制板材;
对所述轧制板材进行固溶处理,获取材料内部组织结构稳定的成品坯 料;
对所述成品坯料进行热处理,获取冲击样品坯料;
对所述冲击样品坯料进行机械加工,获取高能/超高能夏比V型缺口标 准试样;
其中,所述高纯度合金中含有:镍、铝、钛、钴、钼、碳、硼、磷、 硫及铁,以所述高纯度合金采用的成分设计为(wt%):所述镍:18-19,所 述铝:0.1-0.2,所述钛:0.3-0.5,所述钴:6-9,所述钼:3-6,所述碳:0.005-0.010, 所述硼:0.001-0.002,所述磷:0.002-0.005,所述硫:0.0002-0.0005,钒: 0,铬:0,余量为铁及不可避免的夹杂。
具体地,通过按照一定比例冶炼合金确保毛坯料纯度,通过退火获得 稳定均匀奥氏体组织的稳定毛坯料,通过锻造及轧制获取均匀的轧制板材, 通过热处理确保成品坯料的组织结构一致,通过特定标准试样V型缺口加 工方式确保高能/超高能夏比V型缺口标准试样的一致性。
在一个示例中,所述两次冶炼依次为真空炉冶炼和真空自耗炉冶炼, 对所述长方体毛坯料进行退火包括:退火温度为1000℃-1300℃。
在一个示例中,对所述组织稳定的毛坯料进行锻造,获取锻后材料, 对锻后材料进行热轧,获取轧制板材。
在一个示例中,所述固溶处理包括一次固溶和二次固溶,所述一次固 溶为在1150℃-1250℃的条件下固溶0.5-2h,所述二次固溶为在1050℃ -1120℃的条件下固溶0.2-1h。
具体地,合金经开坯后进行锻造,锻材内部不稳定,存在大量的残余 内应力,组织不均匀,为了得到稳定均匀的奥氏体组织进行均匀化退火, 对退火后材料进行锻造,锻造包括始锻造及终锻造。对锻后材料在经过一 次固溶及二次固溶。
在一个示例中,在高能夏比V型缺口标准试样的制备方法中,对所述 成品坯料进行热处理包括:将成品坯料在850℃-950℃保温0.5h-1.5h,水冷 至室温;随炉升温至600℃-700℃保温15min-45min,水冷至室温;随炉升 温至600℃-700℃保温15min-45min,水冷至室温;随炉升温至700℃-900℃ 保温0.5h-1.5h,水冷至室温,随炉升温至250℃-400℃保温2h-4h,空冷至 室温。
在一个示例中,在超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法中,对所 述成品坯料进行热处理包括:将成品坯料在1000℃-1100℃保温1-1.5h,水 冷至室温;随炉升温至850℃-950℃保温15min-30min,水冷至室温;随炉 升温至850-950℃保温15min-30min,水冷至室温;随炉升温至850℃-950℃ 保温15min-30min,水冷至室温;随炉升温至650℃-700℃保温15min-30min, 水冷至室温;随炉升温至650℃-700℃保温15min-30min,水冷至室温;随炉升温至800℃-850℃保温0.5h-2h,空冷至室温。
在一个示例中,对所述成品坯料进行热处理还包括:对经过热处理后 的成品坯料进行深冷回火热处理工艺,获取内部稳定的成品坯料,所述对 经过热处理后的成品坯料进行深冷回火热处理工艺包括:将热处理后的成 品坯料降温至-50℃至-60℃保温2h-4h,升温至110℃-130℃保温6h-9h,空 冷至室温,降温至-60℃至-70℃保温1h-3h,升温至110℃-130℃保温8h-12h, 空冷至室温,获取内部组织更加稳定的成品坯料。
在一个示例中,采用机械加工方式在冲击样品坯料上依次取样,采用 慢走丝切割方式加工试样V型缺口,一次成型,开口方向垂直于板材轧制 方向。
具体地,高能/超高能夏比V型缺口标准试样的V型缺口底部的圆弧半 径及光洁度对冲击能量和冲击能量一致性有很大影响,因为圆弧底部在冲 击时会产生尖端应力集中,半径越小应力集中越明显,同时圆弧底部是裂 纹萌生、扩展的起源地,光洁度的大小影响到裂纹萌生的难易程度,为保 证冲击试样的一致性,需要严格控制开V型缺口的尺寸精度及光洁度,同 时材料在锻造及轧制时形成大量的方向性织构,在后期热处理时材料内部产生一定的内应力,机械加工时也会产生部分应力,采用慢走丝线切割进 行V型口的加工,一次成型能够确保高能/超高能夏比V型缺口标准试样V 型口的一致性,进而确保了高能/超高能夏比V型缺口标准试样的准确性。
通过以下实施例,对本发明进行更详细的说明。每个实施例制得的超 高能夏比V型缺口标准试样的尺寸和形状均符合GB/T18658-2002的规定。
实施例1:
通过真空炉冶炼高纯度合金,其中,所述高纯度合金中含有:镍、铝、 钛、钴、钼、碳、硼、磷、硫及铁,以所述高纯度合金采用的成分设计为 (wt%):所述镍:18.12,所述铝:0.11,所述钛:0.475,所述钴:8.02, 所述钼:4.8,所述碳:0.008,所述硼:0.0012,所述磷:0.004,所述硫: 0.0004,钒:0,铬:0,余量为铁及不可避免的夹杂。
将冶炼的高纯度合金原料加工成长方体毛坯料;对所述长方体毛坯料 进行退火,获取组织稳定的坯料,其中,退火温度为1200℃。
对所述组织稳定的坯料进行锻造及轧制,获取轧制板材;采用始锻造 及终锻造方式,始锻造的锻造温度为1150℃,终锻造的锻造温度为950℃, 在锻造后进行热轧,轧制成15mm厚的热轧板材,对热轧板材然后进行一 次固溶及二次固溶,一次固溶为在1200℃的条件下固溶1h,所述二次固溶 为在1100℃的条件下固溶0.5h,获取材料组织结构稳定的成品坯料;对成 品坯料进行热处理,其中超高能冲击试样坯料的热处理工艺如图2所示, 在1050℃保温1h,水冷至室温;在900℃保温20min,水冷至室温,重复3 次;在680℃保温20min,水冷至室温,重复两次;在820℃保温1h,空冷 至室温,对经过热处理后的样品坯料进行深冷回火处理,如图3所示,包 括:将样品坯料降温至-60℃保温3h,升温至120℃保温8h,空冷至室温, 降温至-70℃保温2h,升温至120℃保温10h,空冷至室温;
对热处理后的成品坯料进行机械加工,采用慢走丝切割方式加工试样V 型缺口,获取超高能夏比V型缺口标准试样。
制得的超高能夏比V型缺口标准试样如图1所示,性能数据如表1所 示。
实施例2:
根据实施例1的方法制备超高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在 于,热处理温度为930℃。制得的超高能夏比V型缺口标准试样性能数据如 表1所示。
实施例3:
根据实施例1的方法制备超高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在 于,不进行深冷回火处理。
对比例1:
根据实施例1的方法制备超高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在 于,在高纯度合金中,以所述高纯度合金总重量为基准,碳的含量为0.015。 制得的超高能夏比V型缺口标准试样性能数据如表1所示。
对比例2:
根据实施例1的方法制备超高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在 于,热处理工艺不同,没有多次重复淬火试验,即仅进行一次在900℃保温 20min,水冷至室温,以及仅进行一次在680℃保温20min,水冷至室温。 制得的超高能夏比V型缺口标准试样性能数据如表1所示。制得的超高能 夏比V型缺口标准试样性能数据如表1所示。
取各实施例和对比例超高能夏比V型缺口标准试样性能检测,结果见 下表1。
通过以下实施例,对本发明进行更详细的说明。每个实施例制得的高 能夏比V型缺口标准试样的尺寸和形状均符合GB/T18658-2002的规定。
实施例4:
通过真空炉冶炼高纯度合金,其中,所述高纯度合金中含有:镍、铝、 钛、钴、钼、碳、硼、磷、硫及铁,以所述高纯度合金采用的成分设计为 (wt%):所述镍:18.12,所述铝:0.11,所述钛:0.475,所述钴:8.02, 所述钼:4.8,所述碳:0.008,所述硼:0.0012,所述磷:0.004,所述硫: 0.0004,钒:0,铬:0,余量为铁及不可避免的夹杂。
将冶炼的高纯度合金原料加工成长方体毛坯料;对所述长方体毛坯料 进行退火,获取组织稳定的坯料,其中,退火温度为1200℃;对所述组织 稳定坯料进行锻造及轧制,获取轧制板材;采用始锻造及终锻造方式,始 锻造的锻造温度为1150℃,终锻造的锻造温度为950℃,在锻造后进行热 轧,轧制成15mm厚的热轧板材,对热轧板材然后进行一次固溶及二次固 溶,一次固溶为在1200℃的条件下固溶1h,所述二次固溶为在1100℃的条 件下固溶0.5h,获取材料组织结构稳定的成品坯料;对成品坯料进行热处 理,其中高能冲击试样坯料的热处理工艺如图4所示,在900℃保温20min, 水冷至室温,重复两次,在680℃保温20min,水冷至室温,重复两次;在 820℃保温60min,空冷至室温,在300℃保温180min,对经过热处理后的 样品坯料进行深冷回火处理,包括:将样品坯料降温至-60℃保温3h,升温至120℃保温8h,空冷至室温,降温至-70℃保温2h,升温至120℃保温10h, 空冷至室温。
对热处理后的成品坯料进行机械加工,采用慢走丝切割方式加工试样V 型缺口,获取超高能夏比V型缺口标准试样。制得的高能夏比V型缺口标 准试样性能数据如表2所示。
实施例5:
根据实施例4的方法制备高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在于, 退火温度为930℃。制得的高能夏比V型缺口标准试样性能数据如表2所示。
实施例6:
根据实施例4的方法制备高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在于, 不进行深冷回火处理。制得的高能夏比V型缺口标准试样性能数据如表2 所示。
对比例3:
根据实施例4的方法制备高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在于, 在高纯度合金中,以所述高纯度合金总重量为基准,碳的含量为0.015。制 得的高能夏比V型缺口标准试样性能数据如表2所示。
对比例4:
根据实施例4的方法制备高能夏比V型缺口标准试样,不同之处在于, 热处理工艺不同,没有多次重复淬火试验,即仅进行一次在900℃保温 20min,水冷至室温,以及仅进行一次在680℃保温20min,水冷至室温。 制得的高能夏比V型缺口标准试样性能数据如表2所示。
取各实施例和对比例高能夏比V型缺口标准试样性能检测,结果见下 表2。
本领域技术人员应理解,上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了 示例性地说明本发明的实施例的有益效果,并不意在将本发明的实施例限 制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽 性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范 围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更 都是显而易见的。
Claims (9)
1.一种高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,包括:
将高纯度合金作为原料进行两次冶炼,将所述原料加工成长方体毛坯料;对所述长方体毛坯料进行退火,获取组织稳定的毛坯料;
对所述组织稳定的毛坯料进行锻造及轧制,获取轧制板材;
对所述轧制板材进行固溶处理,获得材料内部组织结构稳定的成品坯料;
对所述成品坯料进行热处理,获取冲击样品坯料;
对所述冲击样品坯料进行机械加工,获取高能/超高能夏比V型缺口标准试样;
其中,所述高纯度合金中含有:镍、铝、钛、钴、钼、碳、硼、磷、硫及铁,以所述高纯度合金采用的成分设计为(wt%):所述镍:18-19,所述铝:0.1-0.2,所述钛:0.3-0.5,所述钴:6-9,所述钼:3-6,所述碳:0.005-0.010,所述硼:0.001-0.002,所述磷:0.002-0.005,所述硫:0.0002-0.0005,钒:0,铬:0,余量为铁及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,所述两次冶炼依次为真空炉冶炼和真空自耗炉冶炼。
3.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,对所述长方体毛坯料进行退火包括:退火温度为1000℃-1300℃。
4.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,对所述组织稳定的毛坯料进行锻造,获取锻后材料,对锻后材料进行热轧,获取轧制板材。
5.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,所述固溶处理包括一次固溶和二次固溶,所述一次固溶为在1150℃-1250℃的条件下固溶0.5h-2h,所述二次固溶为在1050℃-1120℃的条件下固溶0.2h-1h。
6.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,在高能夏比V型缺口标准试样的制备方法中,对所述成品坯料进行热处理包括:将成品坯料在850℃-950℃保温0.5h-1.5h,水冷至室温;在600℃-700℃保温15min-45min,水冷至室温;在600℃-700℃保温15min-45min,水冷至室温;在700℃-900℃保温0.5h-1.5h,水冷至室温,在250℃-400℃保温2h-4h,空冷至室温。
7.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,在超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法中,对所述成品坯料进行热处理包括:将成品坯料在1000℃-1100℃保温1h-1.5h,水冷至室温;在850℃-950℃保温15min-30min,水冷至室温;在850℃-950℃保温15min-30min,水冷至室温;在850℃-950℃保温15min-30min,水冷至室温;在650℃-700℃保温15min-30min,水冷至室温;在650℃-700℃保温15min-30min,水冷至室温;在800℃-850℃保温0.5h-2h,空冷至室温。
8.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,对所述成品坯料进行热处理还包括:对经过热处理后的坯料进行深冷回火热处理工艺,获取内部稳定的成品坯料,所述对经过热处理后的坯料进行深冷回火热处理工艺包括:将热处理后的坯料降温至-50℃至-60℃保温2h-4h,升温至110℃-130℃保温6h-9h,空冷至室温,降温至-60℃至-70℃保温1-3h,升温至110℃-130℃保温8-12h,空冷至室温,获取内部稳定的成品坯料。
9.根据权利要求1所述的高能/超高能夏比V型缺口标准试样的制备方法,其中,采用机械加工方式在冲击样品坯料上依次取样,采用慢走丝切割方式加工试样V型缺口,一次成型,开口方向垂直于板材轧制方向。
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