CN109929968B - 一种提高gt35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种GT35钢结硬质合金获得高尺寸稳定性的方法，属于金属基复合材料加工领域。本发明所述硬质合金为锻造后GT35钢结硬质合金，在后续的加工处理过程中对硬质合金进行热处理，得到组织细小、稳定和残余应力较小的硬质合金。应用本发明优化技术得到的GT35钢结硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低硬质合金表面残余应力50～100MPa，提高硬质合金的硬度40～70Hv，室温放置半年以上尺寸变化小于0.007％。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，属于金属基复合材料加工领域。
背景技术
GT35具有硬度高、耐磨性好、机加工性能优良等特点，可应用于模具、航天飞行器等高精度器材用件。这些用件对尺寸稳定用着极高的要求，但是在实际应用过程中，特别是高温环境下，任何变形均可能影响材料的可靠性和寿命，同时影响整体器件的稳定性。因此，GT35材料的热膨胀系数和材料稳定性对器件的精度、寿命和可靠性是至关重要的。由于模具、航天飞行器等领域的应用环境的特殊性，长期工作在交变温度场中，因此，要求材料的组织均匀性好、残余应力低，否则，将导致器件在使用过程中的尺寸的不稳定。
GT35合金在加工与服役过程中部分粘结相易发生组织转变，会对其组织结构与残余应力产生重要影响。因交变温度、热应力、加工应力等作用下，材料会发生组织结构、应力状态的明显变化，特别是交变温度场的变化范围较大是，材料甚至会发生相转变，进一步加剧材料内部应力的变化；上述种种，导致现有硬质合金材料的组织稳定性变差，甚至产生形变，这种微小的形变导致的误差，将显著降低器件的精度和使用寿命。
因此，研究一种有效提升GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，成为本领域的亟需。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法；本发明处理后的合金组织稳定、残余应力较小。
本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，以GT35钢结硬质合金为原料，对原料进行淬火处理后进行应力回火处理，得到成品；所述应力回火处理为：
将淬火后硬质合金加热至100～450℃进行至少30min的回火处理，回火处理时施加20MPa及以上的外加拉应力。
作为优选方案，本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，所述应力回火处理为：
将淬火后硬质合金加热至200～300℃进行至少30min的回火处理，回火处理时施加50MPa及以上的外加拉应力。
作为优选方案，本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，所述原料为锻造处理的GT35钢结硬质合金。
作为优选方案，本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，将硬质合金加热至480～520℃，保温至少10min后，加热至850～1050℃，保温至少10min后，淬火，之后继续加热至850～1050℃保温至少10min后，淬火，然后再进行应力回火处理，得到成品。
作为进一步的优选方案，本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，将锻造处理的GT35钢结硬质合金以5～10℃/min加热至480～520℃、更进一步优选为500℃，保温10～30min后，以5～8℃/min加热至850～1050℃，保温至10～100min后，淬火，之后继续加热至850～1050℃保温10～100min后，淬火，然后再进行应力回火处理，得到成品。
作为优选方案，本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，从高温中转移至淬火的时间为2～6s。
作为进一步的优选方案，本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，所述应力回火处理为：
将淬火后硬质合金加热至200～300℃，进行1～20h的回火处理，回火处理时施加50～200MPa的外加拉应力。作为进一步的优选方案，将淬火后硬质合金从室温加热至200～300℃，进行1～20h的回火处理，回火处理时施加50～200MPa的外加拉应力。在本发明中，回火温度过高会使合金出现脆性相，组织粗大，过低会促进奥氏体稳定化降低合金的力学性能。回火时间过长也会使组织粗大降低力学性能。为了得到高品质产品；所以有必要进行优选。
作为优选方案，本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，所述淬火的方式包括油淬、水淬、液氮淬中的至少一种。
本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，得到成品，室温放置半年，其产品尺寸变化小于0.007％。
本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，定义所得成品的硬度为AHv，定义所用原料的硬度为BHv；A-B＝40～70。
本发明将经过锻造处理的GT35钢结硬质合金，依次进行高温奥氏体化淬火处理和应力回火处理。得到了表面残余应力低、硬度高、尺寸稳定性优越的产品，
本发明一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，本发明经优化后的方案得到的GT35钢结硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低硬质合金表面残余应力50～100MPa，提高硬质合金的硬度40～70Hv，室温放置半年以上尺寸变化小于0.007％。
原理和优势
采用常规的去应力退火处理，仅能消除部分残余应力对合金尺寸稳定性的影响，不能有效地稳定合金的组织状态，在之后的应用过程中仍会造成极大的尺寸不稳定。本发明提供的热处理手段，一方面可以极大地消除残余应力对合金尺寸稳定性的影响，同时还可以有效地稳定合金的组织结构。这是由于合金在淬火、锻造等前期制备过程中，会产生极大地表面压应力，在长期存放以及服役过程中，应力松弛过程会产生材料尺寸的变化，而应力回火过程中，提供的外加应力可以有效地与合金本身的残余应力叠加而缓慢降低。此外，提供的外加应力还可以有效地促进合金中残余奥氏体的转变，因为残余奥氏体向马氏体转变时，有一个体积增大的过程，在压应力状态下，这个转变受到了极大地限制，而施加的外应力则可有效促进这个相转变，从而大大降低合金中不稳定的残余奥氏体，从而稳定合金的组织结构。
采用本发明方法得到的GT35钢结硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低硬质合金表面残余应力50～100MPa，提高硬质合金的硬度40～70Hv，室温放置半年以上尺寸变化小于0.007％、优选为小于0.001％。
综上所述，本发明操作过程简便，成本较低，工艺流程也较为简单，处理后的硬质合金晶组织稳定和残余应力细小。对提高我国航空航天惯性器件的使用精度和寿命，具有十分积极的作用。适于工业化生产。
具体实施方式
为了进一步加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明进行详细介绍，必须指出，本发明的权利保护范围不受下面实施例的限制。
实施例1
将GT35钢结硬质合金进行高温奥氏体化处理，从室温加热至500℃，升温速率为5℃/min，保温20min后，加热至850℃，升温速率为5℃/min，保温10min后，水淬，之后继续加热至850℃保温50min后，液氮淬火。将淬火后的硬质合金进行应力回火处理，从室温迅速加热至200℃进行1h的回火处理，同时施加拉应力为50MPa。本实施例处理得到的一种航空航天用硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低合金表面残余应力50MPa，提高硬质合金的硬度40Hv，室温放置半年后的尺寸变化小于0.007％。
实施例2
将GT35钢结硬质合金进行高温奥氏体化处理，从室温加热至500℃，升温速率为7℃/min，保温10min后，加热至950℃，升温速率为6℃/min，保温100min后，油淬，之后继续加热至950℃保温100min后，水淬。将淬火后的硬质合金进行应力回火处理，从室温迅速加热至250℃进行12h的回火处理，同时施加拉应力为125MPa。本实施例处理得到的一种航空航天用硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低合金表面残余应力100MPa，提高硬质合金的硬度70Hv，室温放置半年后的尺寸变化小于0.001％。
实施例3
将GT35钢结硬质合金进行高温奥氏体化处理，从室温加热至500℃，升温速率为10℃/min，保温30min后，加热至1050℃，升温速率为8℃/min，保温50min后，液氮淬火，之后继续加热至1050℃保温10min后，油淬。将淬火后的硬质合金进行应力回火处理，从室温迅速加热至300℃进行20h的回火处理，同时施加拉应力为200MPa。本实施例处理得到的一种航空航天用硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低合金表面残余应力72MPa，提高硬质合金的硬度53Hv，室温放置半年后的尺寸变化小于0.004％。
对比例1
其他条件均匀实施例2一致，不同之处在于回火处理时，不施加外加压力；其所的产品室温放置半年后的尺寸变化为0.01％。
对比例2
其他条件均匀实施例2一致，不同之处在于回火处理时，施加拉应力为300MPa；其所的产品室温放置半年后的尺寸变化为0.008％。
实施例4
将GT35钢结硬质合金进行高温奥氏体化处理，从室温加热至500℃，升温速率为7℃/min，保温10min后，加热至950℃，升温速率为6℃/min，保温100min后，油淬，之后继续加热至950℃保温100min后，水淬。将淬火后的硬质合金进行应力回火处理，从室温迅速加热至450℃进行12h的回火处理，同时施加应力为125MPa。本实施例处理得到的一种航空航天用硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低合金表面残余应力125MPa，提高硬质合金的硬度31Hv，室温放置半年后的尺寸变化小于0.007％。
实施例5
将GT35钢结硬质合金进行高温奥氏体化处理，从室温加热至500℃，升温速率为7℃/min，保温10min后，加热至950℃，升温速率为6℃/min，保温100min后，油淬，之后继续加热至950℃保温100min后，水淬。将淬火后的硬质合金进行应力回火处理，从室温迅速加热至100℃进行12h的回火处理，同时施加应力为125MPa。本实施例处理得到的一种航空航天用硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低合金表面残余应力132MPa，提高硬质合金的硬度25Hv，室温放置半年后的尺寸变化小于0.009％。
实施例6
将GT35钢结硬质合金进行高温奥氏体化处理，从室温加热至500℃，升温速率为7℃/min，保温10min后，加热至950℃，升温速率为6℃/min，保温100min后，油淬，之后继续加热至950℃保温100min后，水淬。将淬火后的硬质合金进行应力回火处理，从室温迅速加热至250℃进行40h的回火处理，同时施加应力为125MPa。本实施例处理得到的一种航空航天用硬质合金与常规处理方法相比，可有效降低合金表面残余应力62MPa，提高硬质合金的硬度35Hv，室温放置半年后的尺寸变化小于0.007％。
对比本发明的实施例和对比例，可以看出，产品性能得到一定的提升。对比实施例1～3和实施例4～6可以看出；经优化后的方案，所得产品的性能得到进一步的提升。
Claims (3)
1.一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，其特征在于：将锻造处理的GT35钢结硬质合金以5～10℃/min加热至480～520℃，保温10～30min后，以5～8℃/min加热至850～1050℃，保温至10～100min后，淬火，之后继续加热至850～1050℃保温10～100min后，淬火，然后再进行应力回火处理，得到成品；所述应力回火处理为：
将淬火后硬质合金加热至200～300℃，进行1～20h的回火处理，回火处理时施加50～200MPa的外加拉应力；
得到成品，室温放置半年，其产品尺寸变化小于0.007％；
定义所得成品的硬度为AHv，定义所用原料的硬度为BHv；A-B＝40～70。
2.根据权利要求1所述的一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，其特征在于：所述淬火的方式包括油淬、水淬、液氮淬中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高GT35钢结硬质合金尺寸稳定性的方法，其特征在于：从高温中转移至淬火的时间为2～6s。
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