CN109706296A - 消除af1410钢锻件组织混晶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，旨在提供一种时间更短，效率更高，晶粒更加细小，能够消除混晶的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：将AF1410钢锻件装入电阻炉中，根据正火工艺曲线，正火保温时间为有效截面厚度的1.0～1.6倍，保温结束后空冷至室温；第二次正火完成后进行回高温回火，根据高温回火工艺曲线将钢锻件装入温度≤450℃的电阻炉中，升温至680℃，回火保温时间为正火保温时间的2～4倍，保温结束后空冷至室温。从回火后的锻件上切取晶粒度试样，进行淬火。根据晶粒度试样淬火工艺曲线，试样装入≤450℃的电阻炉中，功率升温至830℃±10℃，保温1h后进行淬火，空冷至室温。

Description

消除AF1410钢锻件组织混晶的方法

技术领域

本发明涉及常用于航空飞机和飞机发动机的主要承力构件，可变机翼枢轴接头、平尾大轴、着陆钩和起落架等零件的热处理方法，具体涉及一种采用二次正火+一次回火的预备热处理消除AF1410钢锻件组织混晶的方法。

背景技术

钢的热处理会大大的改善钢的力学性能，通过热处理可以改变钢的硬度、强度、韧性和耐磨性等机械性能，但钢的热处理也同时会带来一些负面影响。混晶就是一类最典型的组织。混晶是材料中出现严重晶粒不均匀现象，是材料的一种缺陷，在高倍组织上表现为晶粒大小不一，粗晶与细晶混杂，这使得材料性能不均匀、综合力学性能下降，特别是降低材料的低温冲击韧性。原材料的混晶一般是奥氏体状态下塑性变形不均匀或者停止造成的。混晶是热处理过程中常见的缺陷之一，对具有组织遗传性的钢类材料影响尤其严重。混晶产生的原因主要有组织遗传、成分偏析、多火次锻造及终锻温度偏高等。混晶现象都是以大晶粒的组织有别于其余基体组织为特点的，有索氏体+贝氏体或铁素体、珠光体+贝氏体。另一种混晶现象则是以组织类型相同而晶粒大小相差较大为特点，如贝氏体大+贝氏体小。具有大晶粒的钢材加热到Acl～Ac3区间会造成晶粒大小不均的混晶现象，对某一炉号的钢来讲，实际晶粒度的大小取决于它的本质晶粒度与最终正火、淬火时的温度。当加热温度超过相变点Acl不多时，晶粒度便开始长大，而本质细晶粒钢在930℃左右仍保持细小的晶粒，只有当加热到更高的温度区时，晶粒才开始突然长大。

如果是本质粗晶粒钢，加热温度只要超过Acl，某些相变的晶粒首先是变得较细小，这时奥氏体晶粒与未曾相变部分晶粒的大小相差较大，冷却后将得到晶粒不均匀的组织。随着加热温度的增高，奥氏体晶粒开始长大，在某一温度条件下，奥氏体晶粒大小可能与起始晶粒大小相等，这时如果晶粒吞并过程没有进行完，仍存在着晶粒大小不均匀的现象。加热温度再提高，奥氏体晶粒大小将超过起始晶粒的大小。如果保温时间不足，也存在晶粒大小不均匀的现象。只有充分保温之后，才能得到粗大的比较均匀的奥氏体晶粒。如果是本质细晶粒钢，加热到相变点Acl～Ac3区间时，得到细化的奥氏体晶粒和未曾相变的比较粗的起始晶粒，冷却后它的实际晶粒就会粗细不均匀，只有完成相变之后，奥氏体晶粒才能向均匀一致的方向发展，这种情况与本质粗晶粒钢相比，晶粒度相差较小。无论本质粗晶粒钢，还是本质细晶粒钢，在其原始晶粒粗大的情况下，加热到Acl～Ac3区间时，由于新生的奥氏体晶粒极细，所以冷却后将得到不均匀的实际晶粒度。

对于大型锻件而言，锻件截面尺寸大，加热、冷却时，温度的变化和分布不均匀性大，变形时金属塑性流动差别大，加上钢锭大冶金缺陷多，因而容易形成一些不同于中小型锻件的缺陷。如严重偏析和疏松，密集性夹杂物，发达的柱状晶及粗大的不均匀晶粒，敏感开裂与白点倾向，晶粒遗传性与回火脆性，组织性能的严重不均匀性和形状尺寸超差等等。由于大锻件截面尺寸大，加热、冷却时温度分布不均匀，相变过程复杂，残余应力大，而且不同程度存在各种宏观和微观缺陷，塑性差，韧性低，这都能加剧裂纹萌生与扩展的过程，往往形成即时的或延时的开裂破坏，造成重大经济损失。

可焊接超强度钢AF1410是一种典型的低碳高钴镍二次硬化型超高强度钢，具有良好的抗疲劳性能、断裂韧性和耐腐蚀性，可满足损伤容限设计要求，但这种高强钢锻件对海洋这类腐蚀环境比较敏感，容易产生腐蚀，使零件的疲劳寿命大幅降低。AF1410钢锻件的晶粒度对疲劳寿命影响较大。虽然均匀的晶粒可显著保证锻件的耐腐蚀性，提高锻件的疲劳寿命，但AF1410钢锻件高倍组织常出现混晶缺陷，常表现为锻件局部与周边、锻件局部与另一局部晶粒不均匀，粗、细晶粒混杂，细晶包围粗晶或者粗晶包围细晶，粗细晶粒度极差严重时甚至≥5级，锻件组织不均匀导致冲击韧性和耐腐蚀性降低，疲劳寿命大幅降低。

AF1410钢锻件晶粒粗大易产生组织遗传，锻件粗晶经标准热处理后不能细化，表现出较强的组织遗传性。AF1410钢锻件混晶产生的原因主要有原材料组织遗传、锻件变形程度不均匀和内部动态再结晶不完整等因素，晶界遗传性严重程度高于其组织遗传性。对于AF1410钢大型复杂模锻件而言，锻件中心易出现混晶和粗晶组织，致使其力学性能波动较大。在锻造过程中在个别部位总有一些小变形区可能获得原始粗晶，出现组织遗传。晶粒粗大易产生组织遗传经高温回火后多为方向性回火索氏体，容易出现组织遗传。另一个因素是大锻件加热速度缓慢，晶界和方向性回火索氏体条间稳定性高的碳化物易于把马氏体沿轮廓和原始奥氏体晶界固定下来，致重结晶而出现组织遗传，形成组织遗传再经随后热处理也较难消除，因此，很难保证各部位达到均匀变形，晶粒组织不可避免的出现混晶，锻件晶粒度为4～8级。对于钢锻件，常采用消除混晶的方法有：一次正回火、完全退火、完全退火+较低温度淬火等工艺。

AF1410钢大型复杂模锻件采用预备热处理，通过一次900℃正火+680℃高温回火的热处理工艺将锻件的晶粒度调整到5～8级，晶粒组织均匀性得到一定改善，但仍经常存在晶粒组织极差较大、晶粒度不满足≥6级的技术标准，锻件常出现报废，生产成本增加。现有技术采用完全退火，缓冷的方式冷却，冷却时间长，生产周期长，生产效率较低。锻件采用完全退火+较低温度淬火，不仅工序较多、生产周期长，而且成本更高。例如，某AF1410钢锻件经锻造、热处理(一次正回火+淬火)后检验晶粒度常在4.0～8.0级(技术标准要求晶粒度≥6级)，A_KV在50.0～60.0J(技术标准要求≥60J)。文提出了一种通过二次正火+一次回火的预备热处理工艺来消除混晶组织的方法。

发明内容

为了满足要求的力学性能和均匀的晶粒组织形貌，减少经济损失，本发明针对上述现有技术存在问题，提供一种时间更短，效率更高，晶粒更加细小，锻件组织均匀，力学性能优异，能够消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，

本发明可以要通过以下措施来达到，一种消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，根据正火工艺曲线，将AF1410钢锻件装入温度≤850℃的电阻炉中，功率升温至900℃±10℃，进行第一次正火，正火保温保温时间为有效截面厚度的1.0～1.6倍，保温结束后进行空冷，空冷至室温；

步骤2，按步骤1中工艺参数，进行第二次正火；

步骤3，根据高温回火工艺曲线，将AF1410钢锻件装入温度≤450℃的电阻炉中，功率升温至680℃±10℃，回火保温时间为正火保温时间的2～4倍，保温结束后进行空冷，锻件空冷至室温；

步骤4，根据晶粒度试样淬火工艺曲线，将高温回火后的锻件装入电阻炉中，在830±10℃下保温时间1h，然后空冷至室温。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明采用精度较高的热处理电阻炉，通过两次900℃正火+一次680℃高温回火的预备热处理工艺来消除AF1410锻件的混晶组织。第一次正回火发生较明显的奥氏体再结晶，奥氏体晶粒逐渐细化，使得组织遗传基本上未发生。第二次正火使得第一次正火中还残留的较粗晶粒进一步细化，组织更加均匀。经组织遗传性工艺检验，证实过热AF1410锻件的组织遗传得到了消除。另外，通过空冷的高温回火后得到了完全的平衡组织，两次正火+一次高温回火工艺优于二次正火工艺，断裂韧度提高到85MPa·m^1/2以上。与一次正回火预备热处理工艺相比，一次正回火预备热处理仅能一定程度的消除混晶，改善锻件组织均匀性，但二次正火+一次回火的预备热处理和高温回火后，可完全消除混晶，获得更高的强度、更好的韧性、更强的抗应力、晶粒更加细小均匀。本发明根据晶粒度试样淬火工艺曲线，入炉进行淬火，在淬火温度830±10℃下保温时间1h，然后空冷至室温。有效避过了易产生混晶的温度区间，防止了奥氏体晶粒的不均匀长大，提高了AF1410锻件红硬性的同时获得高韧性。与完全退火改善混晶的方法相比，本发明时间更短，效率更高，晶粒更加细小。与完全退火后+较低温度淬火改善混晶的方法相比，本发明操作简便，效率更高。

本发明采用二次正火+一次回火的工艺，细化晶粒，组织平衡均匀。避免了现有技术采用完全退火+较低温度淬火，工序较多、生产周期长，成本更高的难题。结果表明，经二次正火+一次回火的工艺，能阻断粗大组织遗传，可完全消除混晶，并有效细化晶粒，晶粒度可达8级。力学性能优异，锻件组织均匀，锻件品质提高，抗拉强度均可超过1500MPa，而且缺口冲击韧性较高，具有较高的强度、优异的强韧性配合，高的疲劳强度、同时还具有较高的形变硬化指数、低的屈强，而且成本低廉、制造工艺不复杂，成本相对低廉降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的AF1410锻件正火工艺曲线。

图2是本发明的AF1410锻件高温回火工艺曲线。

图3是本发明晶粒度试样淬火工艺曲线。

图4是AF1410十字架锻件的轮廓示意图。

图5是AF1410长臂锻件的轮廓示意图。

下面以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于十字架锻件、长臂锻件所述实例的范围。

具体实施方式

参阅图1～图3。根据本发明，针对有效截面厚度为116mm的AF1410十字架锻件、有效截面厚度为142mm的AF1410长臂锻件。根据正火工艺曲线，将AF1410钢锻件放入≤850℃加热炉中，功率升温至900℃±10℃，进行第一次正火，正火保温时间为有效截面厚度的1.0～1.6倍，保温结束后空冷至室温；按上述工艺，进行第二次正火，正火温度仍然控制在900℃±10℃，正火保温时间为有效截面厚度的1.0～1.6倍，保温结束后空冷至室温；将第二次正火后的锻件装入温度≤450℃的电阻炉中，进行回高温回火，根据高温回火工艺曲线，功率升温至680℃±10℃，回火保温时间为正火保温时间的2～4倍，保温结束后空冷至室温。

从回火后的锻件上切取晶粒度试样，进行淬火。根据晶粒度试样淬火工艺曲线，试样装入≤450℃的电阻炉中，功率升温至830℃±10℃，保温1h后进行淬火，空冷至室温。

实施例1

(1)采用电炉符合GJB509B标准的Ⅲ类标准，电炉精度±10℃。电炉预热温度≤850℃锻件加热炉的大型工业电阻炉，对上述AF1410锻件预热

(2)第一次正火

正火温度900℃±10℃，保温时间t_(正火)＝(1.0～1.6)×116＝116min～185.6min，考虑到十字架锻件结构对称、较简单，t_(正火)取120min，空冷。

(3)预热

锻件加热炉为大型工业电阻炉，电炉符合GJB509B标准的Ⅲ类标准，电炉精度±10℃。电炉预热温度≤850℃

(4)第二次正火，正火温度900℃±10℃，保温时间120min，空冷。

(5)预热

锻件在电炉预热温度≤450℃

(6)高温回火，锻件回火680℃±10℃，保温时间t_(回火)＝(2～4)×t_(正火)＝240～480min，取240min，空冷。

(7)晶粒度试样最终热处理

根据锻件取样要求，从锻件上切取尺寸为15×15×20mm的晶粒度试样。按以下工艺进行热处理：回火温度830±10℃，保温时间1h，淬火(空气)。按GB/T6394用比较法评定试样实际晶粒度。

表1十字架锻件晶粒度检测结果

实施例2

(1)锻件预热，电炉预热温度≤850℃

(2)第一次正火，正火温度900℃±10℃，保温时间t_(正火)＝(1.0～1.6)×142＝104min～227.2min，考虑到锻件比较复杂，取180min，空冷。

(3)预热，锻件加热，电炉预热温度≤850℃

(4)第二次正火，正火温度900℃±10℃，保温时间180min，空冷。

(5)预热，锻件加热，电炉预热温度≤450℃

(6)高温回火，锻件回火680℃±10℃，保温时间t_(回火)＝(2～4)×t_(正火)＝360～720min，取540min，空冷。

(7)晶粒度试样最终热处理

根据锻件取样要求，从锻件上切取2个尺寸为15×15×20mm的晶粒度试样。按以下工艺进行热处理：回火温度830±10℃，保温时间1h，淬火(空气)。按GB/T6394用比较法评定试样实际晶粒度。

(8)晶粒度检测结果

表2长臂锻件晶粒度检测结果

本领域内的技术人员可以明白，在不偏离本发明的精神和必要特性的情况下，可以以除了在此阐述的特定形式之外的其他特定形式来体现本发明。因此，上面的说明要在所有的方面被解释为说明性而非限制性的。应当通过所附的权利要求的合理解释确定本发明的范围，并且在本发明的等同范围内的所有改变旨在落入本发明的范围内。另外，不显式地从属于彼此的权利要求可以被组合以提供实施例，或者能够通过在提交本申请后的修改来增加新的权利要求。

Claims (5)

1.一种消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，根据正火工艺曲线，将AF1410钢锻件装入温度≤850℃的电阻炉中，功率升温至900℃±10℃，进行第一次正火，正火保温保温时间为有效截面厚度的1.0～1.6倍，保温结束后进行空冷，空冷至室温；

步骤2，按步骤1中工艺参数，进行第二次正火；

步骤3，根据高温回火工艺曲线，将AF1410钢锻件装入温度≤450℃的电阻炉中，功率升温至680℃±10℃，回火保温时间为正火保温时间的2～4倍，保温结束后进行空冷，锻件空冷至室温；

步骤4，根据晶粒度试样淬火工艺曲线，入炉进行淬火，在温度830±10℃下保温时间1h，然后空冷至室温。

2.如权利要求1所述的消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，其特征在于：从回火后的锻件上切取晶粒度试样，进行淬火；

如权利要求2所述的消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，其特征在于：根据晶粒度试样淬火工艺曲线，试样装入≤450℃的电阻炉中，功率升温至830℃±10℃，保温1h后进行淬火，空冷至室温。

3.如权利要求1所述的消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，其特征在于：第一次正火，正火温度900℃±10℃，保温时间t_(正火)＝(1.0～1.6)×116＝116min～185.6min，考虑到十字架锻件结构对称，t_(正火)取120min，空冷。

4.如权利要求1所述的消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，其特征在于：第二次正火，正火温度900℃±10℃，保温时间120min，空冷。

5.如权利要求1所述的消除AF1410钢锻件组织混晶的方法，其特征在于：高温回火，锻件回火680℃±10℃，保温时间t_(回火)＝(2～4)×t_(正火)＝240～480min，取240min，空冷。