CN108941236A - 一种gh4033高精度六角钢型材复合成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，主要采用冷轧和冷拔复合成型工艺代替传统工艺中的冷拉成型，该工艺方法主要包括前处理、冷轧、冷拉、固溶处理等步骤，操作简单且成本低。本发明制备的GH4033六角钢型材，表面无裂纹、无划伤、无脆断，表面光洁度好，尺寸精度达12级，表面粗糙度达到Ra≤0.8um，钢材表面无缺陷，可满足航空器的使用要求。

Description

一种GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法

技术领域

本发明涉及高温合金钢型材复合成型的方法，具体涉及一种GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，属于金属制备技术领域。

背景技术

GH4033冷拉六角型材用于制造航空发动机尾喷口的紧固件，属系统关键件。其高温强度，高温持久性能要求好；才能满足航空器的特殊环境的特殊需求。其市场需求量比较大，国内抚钢，宝特等特钢企业均能生产冷拉圆形材，而冷拉六角型材国内尚无企业能够承制，其主要问题表现为：表面裂纹，脆性断裂以及六角角部R尺寸超差等。为此，部分使用单位不得已采用圆钢刨成六角钢以用于航空器的维修，这样成本高，加工周期长，质量也难以达到要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，解决现有GH4033六角型材存在表面裂纹、脆性断裂、六角角部R尺寸超差、成本高、加工周期长以及质量差的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，以圆形断面的GH4033合金为坯料，包括如下步骤：

1)前处理：

将所述坯料进行固溶处理，然后将其快速移出空冷降温至室温，再经矫直和磨削扒皮，直至所述坯料尺寸精度达H10级，表面粗糙度Ra≤0.8μm；

2)冷轧：

将步骤1)得到的坯料进行冷轧，所述冷轧包括初轧和精轧，所述初轧进行多道次轧制，逐道次尺寸检测所述坯料的六角对边尺寸，以六角对边尺寸最大的作为下一道次的压下变形方向，并将数据公差带控制在0.03mm以内；所述精轧按顺时针或逆时针顺序多道次轧制，逐道次尺寸检测，对所述经过初轧坯料的六角对角线差进行微调；

3)冷拔：

将步骤2)经过冷轧处理后的坯料浸入草化液中形成预涂层，再将所述预涂层中和后，浸入润滑液中形成皂化涂层，然后将所述坯料干燥后，置于拉拔机上进行冷拔变形，形成几何形状精确的六角形型材；

4)固溶：

将步骤3)经过冷拔处理后的坯料进行固溶处理，再将得到的成品进行矫直、探伤和外形检验，即得到GH4033高精度六角钢型材。

这样，通过冷轧实现了预成型，钢材发生不均匀变形程度大和单位体积中强化不均匀性增加程度大的形变，但滚动摩擦和多道次小变形可提高材料塑性，以保证钢材表面无裂纹、无划伤、无脆断，表面光洁度好；而精密成型定径则由冷拔完成精确的几何形状控制，以保证表面质量以及尺寸精度。通过冷轧与冷拔的协同作用，使制备的GH4033六角型材表面无缺陷，精度高，质量高和塑性高。

进一步，步骤1)和步骤4)所述固溶处理的温度为980～1120℃，保温时间为0.75～2h。

这样，处理后钢材综合性能较好，更利于冷加工变形。

进一步，所述草化液包括以下重量份的组分：草酸50份、NaCl 30份和硫代硫酸钠3份。

进一步，所述预涂层形成过程中浸涂时间为1～2h/次，处理次数为3～4次，且控制温度为70～80℃。

进一步，所述润滑液包括以下质量分数的组分：肥皂5～8％、焙烧苏打0.1％、余量为水。

进一步，所述皂化涂层形成过程中浸涂时间为5～10min，且控制温度为50～70℃。

进一步，所述初轧中道次变形量为0.02～0.05mm，应变速率0.07～0.35/s，轧制道次为3～6；所述精轧中道次变形量0.02～0.05mm，应变速率0.07～0.35/s，轧制道次为3～6。

这样，冷轧过程钢材是受滚动摩擦，冷拉过程钢材是受滑动摩擦，滚动摩擦小于滑动摩擦，所以从圆钢变形成六角钢采用冷轧开坯较为容易，因而材料表面不易产生划伤，其光洁度高于冷拉材，大大降低平均延伸系数和道次减面率。另外，冷轧道次变形程度、加工硬化程度以及应变速率均比冷拉工艺小，有利于形变过程中材料塑性的发挥，从而提高了材料的塑性；初轧主要将圆形几何形状形变成六角形状，但此时尺寸公差偏大；精轧主要作用是控制尺寸精度及形位公差。

进一步，步骤4)所述固溶处理包括第一阶段固溶处理和第二阶段固溶处理，所述第一阶段固溶处理是升温至1160℃保温1.5h，然后进行空冷降温至室温；所述第一阶段固溶处理是升温至1020℃保温8h，然后进行空冷降温至室温。

这样，对未有添加B、Ce等微量元素的GH4033，采用双级固溶处理可改变后续热处理时合金中晶界碳化物的形状、大小与分布，以期获得理想的中温性能。第一阶段固溶处理温度为1160℃，旨在让合金中的第二相充分溶解于基体；而随后进行的第二阶段固溶处理的温度为1020℃，主要是使第一阶段固溶处理中溶入合金中的元素Cr、C等呈过饱和态，并以M₇C₃的形式在晶界上呈链状析出，进而达到GH4033最为理想的组织结构。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的工艺方法主要采用冷轧和冷拔复合成型工艺代替传统工艺中的冷拉成型，控制坯钢金属冷加工成形过程中的坯钢变形量为主要特征，大大降低平均延伸系数和道次减面率，其中平均延伸系数降低4.91％，道次减面率降低66.62％。这种多道次小变形可提高材料塑性；因可无级调速，冷轧比冷拉可实现更小的应变速度，进一步提高材料塑性；较传统冷拉工艺中的滑动摩擦，冷轧中的滚动摩擦系数远小于滑动摩擦系数，所以从圆钢变形成六角钢采用冷轧，冷轧开坯较为容易，半成品采用冷拉，以保证表面质量以及尺寸精度，不会产生因外摩擦引起的附加应力而导致的表面横裂纹。

2、本发明制备的GH4033六角型材具有精度高，质量高和塑性高，尺寸精度达12级，表面粗糙度达到Ra≤0.8um，钢材表面表面无裂纹、无划伤、无脆断，表面光洁度好。可满足航空器的使用要求。具有操作简单，成本低的优点，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是实施例4制备GH4033六角钢型材照片；

图2是对比例1制备GH4033六角钢型材照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。以下实施例中未对实验方法进行特别说明的，均为常规操作，所用试剂为普通市售。

一、一种GH4033高精度六角钢型材的的复合成型的方法

1.1前期处理

1.1.1工艺流程

固溶→矫直→磨光→外形及表面检查→转下工序冷轧

1.1.2重要过程描述

⑴固溶

单层装料，均匀摆放，空炉升温至1120℃，保温1.5小时，保温结束后将材料快速出炉空冷。

⑵磨削

将固溶、矫直后的材料在M1083无芯磨床上进行磨削扒皮，去除表面缺陷，提高表面光洁度，达到冷轧坯料要求：尺寸精度达H10级，表面粗糙度Ra≤0.8μm。

1.2冷轧

1.2.1工艺流程

轧机调整→润滑→粗轧→逐道次尺寸检查→精轧→逐道次尺寸检测→光学投影检验→转下工序冷拔处理

1.2.2关键过程描述

(1)轧机清洁

确保轧辊表面光滑、槽孔内璧无异物。

(2)孔型调整

上下辊保持平行，孔型中心线对中。

(3)电机转速调整

转数控制在125r/min，以实现低应变速度轧制。

(4)轧制润滑准备

设备调试完成后，开启润滑系统确保轧辊槽孔处于润滑状态。

(5)初轧

坯料对准孔型初轧三道次、逐道次检查六角对边尺寸，以对边尺寸最大者作为下一道次的压下变形方向，并将数据公差带控制在0.03mm以内。

(6)精轧

按顺时针或逆时针顺序精轧三道次，道次压下量控制在0.02～0.05mm，对六角对角线差进行微调。

(7)成型检查

成型产品取制样，然后用光学投影仪检测形状尺寸。

1.2.3工艺参数设计

1.3冷拔

1.3.1工艺流程

草化涂层→中和→皂化润滑→干燥→拉拔→褪去涂层

1.3.2关键过程参数设计

⑴涂层参数

⑵润滑参数

1.4固溶

1.4.1工艺流程

固溶处理→矫直→探伤→外形检验→包装入库

1.4.2关键过程描述

对未添加B、Ce等微量元素的GH4033，采用双级固溶处理可改变后续热处理时合金中晶界碳化物的形状、大小与分布，以期获得理想的中温性能。第一阶段固溶处理温度为1160℃，旨在让合金中的第二相充分溶解于基体；而随后进行的第二阶段固溶处理则使第一阶段固溶处理中溶入合金中的元素Cr、C等呈过饱和态，并以M₇C₃。的形式在晶界上呈链状析出，进而达到GH4033最为理想的组织结构。

1.4.3固溶参数设计

第一阶段固溶处理：1160℃保温1.5小时，空冷。

第二阶段固溶处理：1020℃保温8小时，空冷。

二、具体实施例：

实施例1

1)以∮17mm为坯料，将坯料单层装料，均匀摆放，空炉升温至1050℃，保温0.5h，保温结束后将坯料快速出炉空冷降温至室温，再经矫直后，将坯料置于M1083无芯磨床上进行磨削扒皮至Ф17，去除表面缺陷，提高表面光洁度，达到冷轧坯料要求：尺寸精度达H10级，表面粗糙度Ra≤0.8μm；

2)将步骤1)得到的坯料依次经过初轧和精轧，所述初轧进行3道次轧制，每道次后检查所述坯料的六角对边尺寸，以对边尺寸最大者作为下一道次的压下变形方向，并将数据公差带控制在0.03mm以内，应变速度为0.07～0.29/s，道次变形量为0.02～0.05mm，经初轧坯料轧至S15.15；所述精轧按顺时针或逆时针顺序3道次轧制，对所述经过初轧坯料的六角对角线差进行微调，应变速度为0.07～0.29/s，道次变形量为0.02～0.05mm，经精轧坯料轧至S14.98；冷轧的总延伸系数为1.165。

3)将步骤2)经过冷轧处理后的坯料浸入草化液中，其中草化液中包含草酸50g/L、NaCl 30g/L和硫代硫酸钠3g/L，溶剂为水，浸凃时间为2h/次，处理次数为3次，且温度控制在77℃，形成预涂层，再将所述预涂层用石灰水来中和后，浸入润滑液中，其中润滑液包含肥皂8％、焙烧苏打0.1％、余量为水，浸凃时间为10min，且控制温度为64℃，形成皂化涂层，然后将所述坯料于80℃干燥后，置于连续拉拔机上进行冷拔变形处理，依次拉拔至S14.6和S13.97，形成准六角钢型材S14mm；

4)将步骤3)经过冷拔处理后的坯料先升温至1120℃保温1h，然后进行空冷降温至室温，再将得到的成品进行矫直、探伤和外形检验，即得到高精度六角钢型材。

实施例2

1)以∮14.8mm为坯料，将坯料单层装料，均匀摆放，空炉升温至1050℃，保温0.5h，保温结束后将坯料快速出炉空冷降温至室温，再经矫直后，将坯料置于M1083无芯磨床上进行磨削扒皮至Ф14.8，去除表面缺陷，提高表面光洁度，达到冷轧坯料要求：尺寸精度达H10级，表面粗糙度Ra≤0.8μm；

2)将步骤1)得到的坯料依次经过初轧和精轧，所述初轧进行3道次轧制，每道次后检查所述坯料的六角对边尺寸，以对边尺寸最大者作为下一道次的压下变形方向，并将数据公差带控制在0.03mm以内，应变速度为0.07～0.29/s，道次变形量为0.02～0.05mm，经初轧坯料轧至S13.7；所述精轧按顺时针或逆时针顺序3道次轧制，对所述经过初轧坯料的六角对角线差进行微调，应变速度为0.07～0.29/s，道次变形量为0.02～0.05mm，经精轧坯料轧至S12.98；冷轧的总延伸系数为1.175。

3)将步骤2)经过冷轧处理后的坯料浸入草化液中，其中草化液中包含草酸50g/L、NaCl 30g/L和硫代硫酸钠3g/L，溶剂为水，浸凃时间为2h/次，处理次数为4次，且温度控制在76℃，形成预涂层，再将所述预涂层用石灰水来中和后，浸入润滑液中，其中润滑液包含肥皂7％、焙烧苏打0.1％、余量为水，浸凃时间为8min，且控制温度为62℃，形成皂化涂层，然后将所述坯料于80℃干燥后，置于连续拉拔机上进行冷拔变形处理，依次拉拔至S12.5和S11.96，形成准六角钢型材S12mm；

4)将步骤3)经过冷拔处理后的坯料先升温至980～1120℃保温1h，然后进行空冷降温至室温，再将得到的成品进行矫直、探伤和外形检验，即得到高精度六角钢型材。

实施例3

1)以∮14.8mm为坯料(未添加B、Ce等微量元素)，将坯料单层装料，均匀摆放，空炉升温至1050℃，保温0.5h，保温结束后将坯料快速出炉空冷降温至室温，再经矫直后，将坯料置于M1083无芯磨床上进行磨削扒皮至Ф14.8，去除表面缺陷，提高表面光洁度，达到冷轧坯料要求：尺寸精度达H10级，表面粗糙度Ra≤0.8μm；

2)将步骤1)得到的坯料依次经过初轧和精轧，所述初轧进行3道次轧制，每道次后检查所述坯料的六角对边尺寸，以对边尺寸最大者作为下一道次的压下变形方向，并将数据公差带控制在0.03mm以内，应变速度为0.07～0.29/s，道次变形量为0.02～0.05mm，经初轧坯料轧至S13.7；所述精轧按顺时针或逆时针顺序3道次轧制，对所述经过初轧坯料的六角对角线差进行微调，应变速度为0.07～0.29/s，道次变形量为0.02～0.05mm，经精轧坯料轧至S12.98；冷轧的总延伸系数为1.175。

3)将步骤2)经过冷轧处理后的坯料浸入草化液中，其中草化液中包含草酸50g/L、NaCl 30g/L和硫代硫酸钠3g/L，溶剂为水，浸凃时间为2h/次，处理次数为4次，且温度控制在76℃，形成预涂层，再将所述预涂层用石灰水来中和后，浸入润滑液中，其中润滑液包含肥皂7％、焙烧苏打0.1％、余量为水，浸凃时间为8min，且控制温度为62℃，形成皂化涂层，然后将所述坯料于80℃干燥后，置于连续拉拔机上进行冷拔变形处理，依次拉拔至S12.5和S11.96，形成准六角钢型材S12mm；

将步骤3)经过冷拔处理后的坯料先升温至1160℃保温1.5h，然后进行空冷降温至室温；再升温至1020℃保温8h，然后进行空冷降温至室温，再将得到的成品进行矫直、探伤和外形检验，即得到高精度六角钢型材。

将实施例1～2制备的GH4033六角钢型材进行检测，结果列于表1。

表1

从表1看出，本发明制备的GH4033冷拔六角型材精度高，质量高和塑性高，尺寸精度达12级，表面粗糙度达到Ra≤0.8um，钢材表面表面无裂纹、无划伤、无脆断，表面光洁度好。在700℃高温环境下，具有良好的高温瞬时拉伸性能和高温持久性能。

实施例4

选择GH4033的坯料规格为∮16mm，轧制六角规格为S14mm，具体实验步骤同实施例1。

对比例1

选择GH4033的坯料规格为∮16mm，轧制六角规格为S14mm，具体实验步骤同实施例1，但无冷轧处理。

将实施例3与对比例1制备的六角钢材的性能进行比对，如表2所示。

表2

从表2可以看出，较传统的冷拉工艺，冷轧道次减面率降低了66.62％，这种多道次小变形可提高材料塑性，另外，因可无级调速，冷轧比冷拉可实现更小的应变速度，进一步提高材料塑性；由于冷轧过程钢材是受滚动摩擦，冷拉过程钢材是受滑动摩擦，滚动摩擦小于滑动摩擦，冷轧过程中不会产生因外摩擦引起的附加应力而导致的表面横裂纹，制备的材料表面无裂纹、无划伤、无脆断，表面光洁度好(图1所示)。而冷拉过程会产生因外摩擦引起的附加应力，从而导致钢材的表面出现横向裂纹和纵向裂纹裂纹(图2所示)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，以圆形断面的GH4033合金为坯料，其特征在于，包括如下步骤：

1）前处理：

将所述坯料进行固溶处理，然后将其快速移出空冷降温至室温，再经矫直和磨削扒皮，直至所述坯料尺寸精度达H10级，表面粗糙度Ra≤0.8μm；

2）冷轧：

将步骤1）得到的坯料进行冷轧，所述冷轧包括初轧和精轧，所述初轧进行多道次轧制，逐道次尺寸检测所述坯料的六角对边尺寸，以六角对边尺寸最大的作为下一道次的压下变形方向，并将数据公差带控制在0.03mm以内；所述精轧按顺时针或逆时针顺序多道次轧制，逐道次尺寸检测，对所述经过初轧坯料的六角对角线差进行微调；

3）冷拔：

将步骤2）经过冷轧处理后的坯料浸入草化液中形成预涂层，再将所述预涂层中和后，浸入润滑液中形成皂化涂层，然后将所述坯料干燥后，置于拉拔机上进行冷拔变形，形成几何形状精确的六角形型材；

4）固溶：

将步骤3）经过冷拔处理后的坯料进行固溶处理，再将得到的成品进行矫直、探伤和外形检验，即得到GH4033高精度六角钢型材。

2.根据权利要求1所述GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，其特征在于，步骤1）和步骤4）所述固溶处理的温度为980~1120℃，保温时间为0.5~2h。

3.根据权利要求1所述GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，其特征在于，所述草化液包括以下重量份的组分：草酸50份、NaCl 30份和硫代硫酸钠3份。

4.根据权利要求1所述GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，其特征在于，所述预涂层形成过程中浸涂时间为1~2h/次，处理次数为3~4次，且控制温度为70～80℃。

5.根据权利要求1所述GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，其特征在于，所述润滑液包括以下质量分数的组分：肥皂5～8%、焙烧苏打0.1%和余量为水。

6.根据权利要求1所述GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，其特征在于，所述皂化涂层形成过程中浸涂时间为5~10min，且控制温度为50～70℃。

7.根据权利要求1所述GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，其特征在于，所述初轧中道次变形量为0.02～0.05mm，应变速率0.07～0.35/s，轧制道次为3~6；所述精轧中道次变形量0.02～0.05mm，应变速率0.07～0.35/s，轧制道次为3~6。

8.根据权利要求1所述GH4033高精度六角钢型材复合成型的方法，其特征在于，步骤4）所述固溶处理包括第一阶段固溶处理和第二阶段固溶处理，所述第一阶段固溶处理是升温至1160℃保温1.5h，然后进行空冷降温至室温；所述第一阶段固溶处理是升温至1020℃保温8h，然后进行空冷降温至室温。