CN108405772A - 一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料加工技术领域，具体公开了一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：首先将坯料在800‑900℃预热，保温；然后升温至1000～1050℃，保温；再进行锻造，锻造后空冷，并依次对锻件进行正火、高温回火处理，即得AerMet100超高强度钢锻件。该细晶化锻造成型方法可使AerMet100超高强度钢晶粒度稳定，并达到8级以上，进而获得具有超高强度‑塑性‑韧度‑冲击‑疲劳寿命匹配的AerMet100超高强度钢锻件，广泛用于新一代战斗机，舰载预警机、直升机等新型号飞机的起落架部件，提高飞机的使用性能和服役寿命。

Description

一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，具体涉及一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法。
背景技术
AerMet100钢是一种新型的超高强度钢，其名义化学成分(wt％)为Fe-0.23C-11.73Ni-13.85Co-3.13Cr-1.25Mo。该合金具有突出的综合性能：高的强度、塑性、断裂韧性、冲击和疲劳性能；其抗拉强度可达1930MPa以上，断裂韧性超过了110MPa·m1/2，同时它还具有更加优良的抗应力腐蚀断裂和抗疲劳断裂的能力，是航空制造领域的理想材料，主要用于要求材料具有高强、高韧和高疲劳寿命的起落架等零部件的锻造生产。
由于AerMet100钢合金化程度很高，其性能水平很大程度上依赖于锻造工艺参数的制定，尤其是要获得高的强度、塑性、断裂韧性、冲击和疲劳性能，必须制定合理的锻造工艺参数，使锻件的晶粒细化，晶粒度水平保证在8级以上。
虽然以美国为代表的航空制造强国已成功批量研制生产出了晶粒度在8级以上、具有极佳综合性能的起落架锻件，并将其应用在了F-22、F-35等先进第四代战斗机上，满足了相应飞机对轻量化、高性能和长寿命等性能指标的要求；但是其锻造工艺作为核心秘密对外保密。
而我国自从模仿研制AerMet100超高强度钢以来，由于对其变形和晶粒细化机理研究不充分，锻造工艺参数掌握不透彻，研制的AerMet100超高强度钢锻件晶粒度只能达到6～7级，造成断裂韧性、疲劳寿命等性能指标达不到设计标准要求，严重影响了新一代战斗机的使用性能和服役寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，可使AerMet100超高强度钢锻件晶粒细化，晶粒度稳定且达到8级以上，进而可获得具有超高强度-塑性-韧度-冲击-疲劳寿命匹配的AerMet100超高强度钢锻件，可广泛用于新一代战斗机、舰载预警机、直升机等新型号飞机的起落架部件，提高飞机的使用性能和服役寿命。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：将AerMet100超高强度钢坯料置于电阻炉中预热，预热温度为800℃-900℃，炉温达到预热温度后保温，得预热坯料；
步骤2，坯料的加热保温：将所述预热坯料随炉升温至1000～1050℃，保温，得加热坯料；
步骤3，锻造：将所述加热坯料进行自由锻或模锻，所述自由锻或模锻后散开并进行空冷，得锻件；
步骤4，热处理：将所述锻件依次进行正火、高温回火处理，即得AerMet100超高强度钢锻件。
本发明的特点和进一步改进在于：
优选的，步骤1和步骤2中，所述保温的时间为t分钟，t＝η×δmax；其中，η为坯料的加热系数，η的取值为0.3～0.6；δmax为坯料的最大截面厚度，单位为mm。
优选的，步骤3中，所述自由锻或模锻的单火次锻造变形量为30％～70％。
优选的，步骤3中，所述自由锻或模锻时，预先对所使用的锻锤或模具进行预热。
进一步优选的，预先对所使用的锻锤或模具进行预热的预热温度为200～350℃。
优选的，当步骤3的锻造采用模锻时，预先在模具上喷涂水性石墨乳。
进一步优选的，当步骤3的锻造采用模锻时，步骤1中，首先在所述AerMet100超高强度钢坯料上喷涂防护润滑剂，再置于电阻炉中预热。
优选的，步骤3中，所述自由锻或模锻的终锻温度大于800℃。
优选的，步骤4中，所述正火是将所述锻件加热至900℃，保温2-5h后，散开空冷。
优选的，步骤4中，所述高温回火是将所述锻件加热至680℃保温10-20h，空冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，该细晶化锻造成型方法可使AerMet100超高强度钢锻件晶粒细化，晶粒度稳定并达到8级以上，进而获得具有超高强度、塑性、韧度、冲击和疲劳寿命匹配的AerMet100超高强度钢锻件，可广泛用于新一代战斗机、舰载预警机、直升机等新型号飞机的起落架部件，提高飞机的使用性能和服役寿命。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：将按工艺规格下料得到的AerMet100超高强度钢棒材置于有效工作区的最大温度偏差不大于±10℃的电阻炉中预热，预热温度为850℃，炉温达到预热温度后计算保温时间，加热系数η取0.5，保温时间为150min，保温后得预热坯料。
步骤2，坯料的加热保温：将步骤1中的预热坯料随炉升温至1040℃，计算保温时间，加热系数η取0.5，保温时间为150min，保温后得加热坯料。
步骤3，锻造：将步骤2的加热坯料出炉，在自由锻快锻机上进行制坯，快锻机锻锤需提前预热至300℃，单火次锻造变形量控制在40～60％之间，终锻温度大于800℃，制坯一火次完成，得锻件。
步骤4，热处理：将步骤3的锻件依次进行正火、高温回火处理，其中，正火处理的过程具体为：把锻件加热到900℃保温3.5h后散开空冷；高温回火处理的过程具体为：把锻件加热到680℃保温16h，空冷；热处理之后即得AerMet100超高强度钢锻件。
实施例2
一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：首先在AerMet100超高强度钢坯料上喷涂防护润滑剂，再将其置于有效工作区的最大温度偏差不大于±10℃的电阻炉中预热，预热温度为850℃，炉温达到预热温度后计算保温时间，AerMet100超高强度钢坯料的最大截面厚度为160mm，坯料的加热系数η取0.5，保温时间为80min，保温后得预热坯料。
步骤2，坯料的加热保温：将步骤1中的预热坯料随炉升温至1040℃，计算保温时间，AerMet100超高强度钢坯料的最大截面厚度为160mm，加热系数η取0.5，保温时间为80min，保温后得加热坯料。
步骤3，锻造：将步骤2的加热坯料出炉，在模锻设备上进行模锻，模锻所用模具提前预热至300℃；模锻开始前首先在模具中喷涂水性石墨乳，模锻时的单火次锻造变形量控制在50～70％之间，终锻温度大于800℃，模锻一火次完成，得锻件。
步骤4，热处理：将步骤3的锻件依次进行正火、高温回火处理，其中，正火处理的过程具体为：把锻件加热到900℃保温3.5h后散开空冷；高温回火处理的过程具体为：把锻件加热到680℃保温16h，空冷；热处理之后即得AerMet100超高强度钢锻件。
实施例3
一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：将按工艺规格下料得到的AerMet100超高强度钢棒材置于有效工作区的最大温度偏差不大于±10℃的电阻炉中预热，预热温度为800℃，炉温达到预热温度后计算保温时间，加热系数η取0.5，保温时间为150min，保温后得预热坯料。
步骤2，坯料的加热保温：将步骤1中的预热坯料随炉升温至1050℃，计算保温时间，加热系数η取0.5，保温时间为150min，保温后得加热坯料。
步骤3，锻造：将步骤2的加热坯料出炉，在自由锻快锻机上进行制坯，快锻机锻锤需提前预热至200℃，单火次锻造变形量控制在30～50％之间，终锻温度900℃，制坯一火次完成，得锻件。
步骤4，热处理：将步骤3的锻件依次进行正火、高温回火处理，其中，正火处理的过程具体为：把锻件加热到900℃保温5h后散开空冷；高温回火处理的过程具体为：把锻件加热到680℃保温10h，空冷；热处理之后即得AerMet100超高强度钢锻件。
实施例4
一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：将按工艺规格下料得到的AerMet100超高强度钢棒材置于有效工作区的最大温度偏差不大于±10℃的电阻炉中预热，预热温度为900℃，炉温达到预热温度后计算保温时间，加热系数η取0.3，保温时间为90min，保温后得预热坯料。
步骤2，坯料的加热保温：将步骤1中的预热坯料随炉升温至1000℃，计算保温时间，加热系数η取0.3，保温时间为90min，保温后得加热坯料。
步骤3，锻造：将步骤2的加热坯料出炉，在自由锻快锻机上进行制坯，快锻机锻锤需提前预热至350℃，单火次锻造变形量控制在40～70％之间，终锻温度850℃，制坯一火次完成，得锻件。
步骤4，热处理：将步骤3的锻件依次进行正火、高温回火处理，其中，正火处理的过程具体为：把锻件加热到900℃保温2h后散开空冷；高温回火处理的过程具体为：把锻件加热到680℃保温20h，空冷；热处理之后即得AerMet100超高强度钢锻件。
实施例5
一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：首先在AerMet100超高强度钢坯料上喷涂防护润滑剂，再将其置于有效工作区的最大温度偏差不大于±10℃的电阻炉中预热，预热温度为800℃，炉温达到预热温度后计算保温时间，AerMet100超高强度钢坯料的最大截面厚度为160mm，坯料的加热系数η取0.5，保温时间为80min，保温后得预热坯料。
步骤2，坯料的加热保温：将步骤1中的预热坯料随炉升温至1000℃，计算保温时间，AerMet100超高强度钢坯料的最大截面厚度为160mm，加热系数η取0.5，保温时间为80min，保温后得加热坯料。
步骤3，锻造：将步骤2的加热坯料出炉，在模锻设备上进行模锻，模锻所用模具提前预热至200℃；模锻开始前首先在模具中喷涂水性石墨乳，模锻时的单火次锻造变形量控制在30～70％之间，终锻温度900℃，模锻一火次完成，得锻件。
步骤4，热处理：将步骤3的锻件依次进行正火、高温回火处理，其中，正火处理的过程具体为：把锻件加热到900℃保温5h后散开空冷；高温回火处理的过程具体为：把锻件加热到680℃保温10，空冷；热处理之后即得AerMet100超高强度钢锻件。
实施例6
一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：首先在AerMet100超高强度钢坯料上喷涂防护润滑剂，再将其置于有效工作区的最大温度偏差不大于±10℃的电阻炉中预热，预热温度为900℃，炉温达到预热温度后计算保温时间，AerMet100超高强度钢坯料的最大截面厚度为180mm，坯料的加热系数η取0.3，保温时间为54min，保温后得预热坯料。
步骤2，坯料的加热保温：将步骤1中的预热坯料随炉升温至1040℃，计算保温时间，AerMet100超高强度钢坯料的最大截面厚度为180mm，加热系数η取0.3，保温时间为54min，保温后得加热坯料。
步骤3，锻造：将步骤2的加热坯料出炉，在模锻设备上进行模锻，模锻所用模具提前预热至300℃；模锻开始前首先在模具中喷涂水性石墨乳，模锻时的单火次锻造变形量控制在50～70％之间，终锻温度大于800℃，模锻一火次完成，得锻件。
步骤4，热处理：将步骤3的锻件依次进行正火、高温回火处理，其中，正火处理的过程具体为：把锻件加热到900℃保温3.5h后散开空冷；高温回火处理的过程具体为：把锻件加热到680℃保温16h，空冷；热处理之后即得AerMet100超高强度钢锻件。
经理化测试，上述实施例1-6获得的AerMet100超高强度钢锻件晶粒度均大于8级，其强度、塑性、韧性、冲击性能均较传统工艺锻件有较大提升，均可作为飞机的起落架部件，确保了某新型战斗机对高质量、高性能起落架锻件的需求。
采用实施例1所提供的锻造成形方法和采用常规的传统锻造工艺所得到的AerMet100超高强度钢起落架锻件的性能对比如表1所示，由表1可知，采用本发明所提供的锻造成型方法获得的锻件的晶粒度级别明显高于采用传统锻造方法所得到的锻件，且采用本发明所提供的锻造成型方法所得到的锻件的其他力学性能也均优于采用传统锻造方法所得到的锻件。
表1不同锻造工艺生产的AerMet100超高强度钢起落架锻件的性能
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，坯料的预热保温：将AerMet100超高强度钢坯料置于电阻炉中预热，预热温度为800℃-900℃，炉温达到预热温度后保温，得预热坯料；
步骤2，坯料的加热保温：将所述预热坯料随炉升温至1000～1050℃，保温，得加热坯料；
步骤3，锻造：将所述加热坯料进行自由锻或模锻，所述自由锻或模锻后散开并进行空冷，得锻件；
步骤4，热处理：将所述锻件依次进行正火、高温回火处理，即得AerMet100超高强度钢锻件。
2.根据权利要求1所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，所述保温的时间为t分钟，t＝η×δmax；其中，η为坯料的加热系数，η的取值为0.3～0.6；δmax为坯料的最大截面厚度，单位为mm。
3.根据权利要求1所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，步骤3中，所述自由锻或模锻的单火次锻造变形量为30％～70％。
4.根据权利要求1所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，步骤3中，所述自由锻或模锻时，预先对所使用的锻锤或模具进行预热。
5.根据权利要求4所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，预热温度为200～350℃。
6.根据权利要求1所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，当步骤3的锻造采用模锻时，预先在模具上喷涂水性石墨乳。
7.根据权利要求6所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，步骤1中，首先在所述AerMet100超高强度钢坯料上喷涂防护润滑剂，再置于电阻炉中预热。
8.根据权利要求1所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，步骤3中，所述自由锻或模锻的终锻温度大于800℃。
9.根据权利要求1所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，步骤4中，所述正火是将所述锻件加热至900℃，保温2-5h后，散开空冷。
10.根据权利要求1所述的AerMet100超高强度钢细晶化锻造成形方法，其特征在于，步骤4中，所述高温回火是将所述锻件加热至680℃保温10-20h，空冷。
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