CN110508733B - 高强度挤压轴的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度挤压轴的制造方法，包括：将钢锭加热后对钢锭进行多向锻造，锻造后对钢锭进行退火，生成锻造坯料；对锻造坯料粗加工，挤压轴上部的垂直段与挤压轴基座的上表面之间采用圆角过度，沿挤压轴轴线方向加工通孔；粗加工后的锻造坯料进行调质热处理；对热处理后的锻造坯料进行精加工，生成挤压轴。本发明能够避免局部应力集中，提高挤压轴的使用寿命。

Description

高强度挤压轴的制造方法
技术领域
本发明涉及一种热加工技术，具体说，涉及一种高强度挤压轴的制造方法。
背景技术
随着我国大型垂直挤压机的成功研发、顺利投产，为我国重型装备制造提供基本保证。例如：近年来，大飞机项目用FGH(粉末冶金高温合金)粉末高温合金锭在在3.6万吨垂直挤压机上研制成功，现已进入批量生产阶段。其中，挤压轴是挤压过程中动力传动的核心部件，在整个挤压过程中将大型油缸压力传递到挤压筒内的挤压垫下端，由挤压垫推挤坯料。挤压轴下端需要较大的横截面与油缸活塞轴上端板接触，挤压轴的上部为细长杆状，以便能进入筒内推挤挤压垫。因此，挤压轴的质量可靠性直接关系大规格高温合金等难变形金属是否能顺利产出及产品内部质量问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种高强度挤压轴的制造方法，能够避免局部应力集中，提高挤压轴的使用寿命。
技术方案如下：
一种高强度挤压轴的制造方法，包括：
将钢锭加热后对钢锭进行多向锻造，锻造后对钢锭进行退火，生成锻造坯料；
对锻造坯料粗加工，挤压轴上部的垂直段与挤压轴基座的上表面之间采用圆角过度，沿挤压轴轴线方向加工通孔；
粗加工后的锻造坯料进行调质热处理；淬火过程中，锻造坯料室温下装炉后以100℃/h升温至800-850℃，保温5h以上，保温后水冷至室温；回火过程中，锻造坯料室温下装炉后以60℃/h升温至550-650℃，保温6h以上，保温后出炉冷却至室温；
对热处理后的锻造坯料进行精加工，生成挤压轴；精加工后，挤压轴垂直段与挤压轴基座的上表面之间的夹角α＝135±5°，两段之间采用圆角过度，圆角半径的范围：300-400mm。
进一步，精加工后，圆角处光洁度不低于Ra3.2，挤压轴基座宽度/垂直段宽度≤2.0。
进一步，将钢锭加热至1200℃对钢锭进行多向锻造，锻造比≥4.0。
进一步，锻造后退火过程中，锻造后钢锭热装炉，锻件温度不低于500℃，装炉时炉温为600-700℃，保温15h以上，之后按照≤20℃/h冷却至200℃出炉空冷。
进一步，采用牌号为G4335V的电渣重熔ESR技术冶炼钢锭，[O]≤20ppm。
本发明技术效果包括：
选择牌号为G4335V的ESR技术冶炼的钢锭为原料，采用退火+调质热处理技术及合理设计其结构，能够避免局部应力集中；根据所配备挤压筒及与大型油缸的承载面积，采用有限元技术设计挤压轴结构，使挤压轴的使用寿命提高2倍以上。
本发明能够提高了挤压轴的寿命，降低了挤压轴的使用成本，为挤压粉末高温合金等难变形金属提供了可靠的保障，具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明中高强度挤压轴的结构示意图；
图2是本发明中高强挤压轴的挤压示意图；
图3是本发明中挤压轴过渡圆角R1为100mm时的应力分布图；
图4是本发明中挤压轴过渡圆角R1为300mm时的应力分布图；
图5是本发明中挤压轴过渡圆角R1为400mm时的应力分布图。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
高强度挤压轴的制造方法，用于挤压镍基合金等难变形而制造高强度挤压轴，具体包括以下步骤：
步骤1：将钢锭加热至1200℃，对钢锭进行多向锻造，锻造比≥4.0，锻造后对钢锭进行退火，生成锻造坯料；
采用牌号为G4335V的ESR(电渣重熔)技术冶炼的钢锭，[O]≤20ppm；
表1 G4335V钢化学成[1](质量分数，％)
Table.1 rhe chemical composition of G4335V steel(mass fraction，％)
钢号 C Mn Si S P Cr Ni Mo V Cu
G4335V 0.30～0.40 0.20～0.80 0.10～0.35 ≤0.015 ≤0.015 0.50～1.20 2.00～3.30 0.40～0.70 0.10～0.25 ≤0.20
锻造后退火：锻造后热装炉，锻件温度不低于500℃，装炉时炉温为600-700℃，在该温度下保温15h以上(保温时间按照最大壁厚或半径计算，15h+2h/50mm)，之后按照≤20℃/h冷却至200℃出炉空冷。
如图1所示，是本发明中高强度挤压轴的结构示意图。
步骤2：采用大型车床对锻造坯料粗加工，挤压轴上部的垂直段与挤压轴基座的上表面之间的夹角α＝135±5°，两段之间采用圆角过度，圆角半径R1和R2的范围：300-400mm；沿挤压轴轴线方向加工直径d2为70±5mm的通孔；
步骤3：粗加工后的锻造坯料进行调质热处理；
淬火：室温装炉后以100℃/h升温至800-850℃，保温5h以上(按照最大壁厚或半径计算，5h+1h/100mm)，保温后水冷至室温；
回火：室温装炉后以60℃/h升温至550-650℃，保温6h以上(按照最大壁厚或半径计算，6h+2h/100mm)，保温后出炉空冷(或水冷)至室温。
性能检测：调质热处理后切取试片进行常温力学性能检测，Rp0.2(规定非比例(或均匀)延伸率为0.2％时的延伸强度)≥1070MPa，Rm(抗拉强度)≥1300MPa，A(断后伸长率)≥10％，Z(断后伸长率)≥35％。
步骤4：对热处理后的锻造坯料进行精加工，生成挤压轴。
采用数控机床对锻造坯料按照设计图纸精加工，精加工时，挤压轴上部垂直段与挤压轴基座上表面的间的夹角α＝135±5°，两段之间采用圆角过度，圆角半径R1的范围：300-400mm，圆角处光洁度不低于Ra3.2，D(挤压轴基座宽度)/d1(垂直段宽度)≤2.0，d1≥670mm，d2(通孔直径)≤80mm，H(挤压轴高度)≥1500mm。
对挤压轴无损检测:采用超声横、纵向波对挤压轴的整体进行超声无损检测；采用磁粉检测挤压轴外表面，应无目视可见缺陷。
实施例1
制造高强度挤压轴，d1＝680mm，d2＝80mm，D＝1350mm,H＝1500mm，R1＝300mm，R2＝30mm，α＝135°。
1、选用1支牌号为G4335V的ESR技术冶炼的电渣锭1支，锭重13.5吨，T[O]＝16ppm；
2、电渣锭加热至1200℃，多向锻造，锻造比5.1；
3、锻造后热装炉，锻件温度不低于500℃，装炉时炉温为650±10℃，在该温度下保温15h+2h/50mm(按照最大壁厚或半径计算)，之后按照≤20℃/h冷却至200℃出炉空冷。
4、粗加工
采用大型车床对锻造坯料粗加工，粗加工时挤压轴上身垂直段与挤压轴基座上表面的间的夹角为135°，两段之间采用圆角过度，圆角半径R1的范围：350mm；沿挤压轴轴线方向加工直径为70±5mm的通孔。锻件外表面粗加工单边余量为10mm。
5、调质热处理
淬火：室温装炉后以100℃/h升温至825±10℃，保温12h，保温后水冷至室温。
回火：室温装炉后以60℃/h升温至600±10℃，保温20h，保温后出炉空冷(或水冷)至室温。
6、性能检测
调质热处理后切取试片进行常温力学性能检测，要求Rp0.2＝1121MPa，Rm＝1341MPa，A＝15％，Z＝48％。
7、精加工
采用数控机床对锻造坯料按照设计图纸精加工，精加工时挤压轴上部垂直段与挤压轴基座上表面的间的夹角为135±2°，两段之间采用圆角过度，圆角半径R1的范围：300mm，圆角处光洁度为Ra3.2。
如图2所示，是本发明中高强挤压轴的挤压示意图；如图3所示，是本发明中挤压轴过渡圆角R1为100mm时的应力分布图；如图4所示，是本发明中挤压轴过渡圆角R1为300mm时的应力分布图；如图5所示，是本发明中挤压轴过渡圆角R1为400mm时的应力分布图。
挤压轴2的上端为挤压垫4、挤压坯料5，挤压轴2的上端、挤压垫4、挤压坯料5位于挤压筒3内，下端为提供挤压力的油缸活塞上端垫1；挤压轴2满足两方面要求：一方面挤压轴2能够伸入较小直径的挤压筒3内对镍基合金等超高强度合金锭进行挤压；另一方面又能满足挤压轴2下端与油缸活塞上端垫1接触，以便油缸提供足够的压力给挤压轴2。
挤压轴上端表面压在1070MPa的条件下，为了使挤压轴深入挤压筒3内，应尽可能减小圆角半径R值，先对圆角半径R分别为100mm、300mm、400mm进行有限元分析，圆角R＝100mm时，最大应力范围为1470-1650MPa，明显超出材料屈服强度值；圆角R＝400mm时，大应力集中处1120-1250MPa，当时圆角大伸入挤压的有效范围小；圆角R＝300mm时，大应力集中处1180-1320MPa，在材料屈服应力临近区域，按照改制进行制造，实践使用该结构合理，已完成30支镍基高温合金棒材挤压指导，且未检测到可测缺陷。成功挤压制造30支FGH粉末高温合金锭，应用于大型飞机大推重比涡轮盘制造。
8、无损检测
采用超声横、纵向波对挤压轴整体进行超声无损检测，没发现缺陷；采用磁粉检测挤压轴外表面没有目视可见缺陷。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种高强度挤压轴的制造方法，包括：
将钢锭加热至1200℃后对钢锭进行多向锻造，锻造比≥4.0，锻造后对钢锭进行退火，锻造后退火过程中，锻造后钢锭热装炉，锻件温度不低于500℃，装炉时炉温为600-700℃，保温15h以上，之后按照≤20℃/h冷却至200℃出炉空冷，生成锻造坯料；
对锻造坯料粗加工，挤压轴上部的垂直段与挤压轴基座的上表面之间采用圆角过度，沿挤压轴轴线方向加工通孔；
粗加工后的锻造坯料进行调质热处理；淬火过程中，锻造坯料室温下装炉后以100℃/h升温至800-850℃，保温5h以上，保温后水冷至室温；回火过程中，锻造坯料室温下装炉后以60℃/h升温至550-650℃，保温6h以上，保温后出炉冷却至室温；
对热处理后的锻造坯料进行精加工，生成挤压轴；精加工后，挤压轴垂直段与挤压轴基座的上表面之间的夹角α＝135±5°，两段之间采用圆角过度，圆角半径的范围：300-400mm。
2.如权利要求1所述高强度挤压轴的制造方法，其特征在于，精加工后，圆角处光洁度不低于Ra3.2，挤压轴基座宽度/垂直段宽度≤2.0，垂直段宽度d1≥670mm，通孔直径d2≤80mm，挤压轴高度H≥1500mm。
3.如权利要求1所述高强度挤压轴的制造方法，其特征在于，采用牌号为G4335V的电渣重熔ESR技术冶炼钢锭，[O]≤20ppm。
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