CN112453298A - 紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，属于高温合金冷加工技术领域技术领域。本发明为解决现有技术能耗高、表面质量差、效率低等缺点，提供了一种紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，包括：对GH4169热轧棒材进行固溶处理，然后空冷、酸洗；再进行1～3道次旋锻，旋锻送进速度为1～10mm/s，控制最后一道次变形量为12％～30％，其余道次变形量分配控制在15％～40％；根据旋锻次数进行退火和酸洗，制得GH4169合金棒材；其组织均匀且强度高、尺寸精度高、表面质量良好，满足航空航天紧固件用棒材的使用技术要求。
Description
技术领域
本发明属于高温合金冷加工技术领域，具体涉及一种紧固件用高温合金棒线材的冷变形加工方法。
背景技术
近年来，随着我国航空、航天事业的快速发展，推动了各类新型材料的产生，各种新型紧固件也不断地被研制和应用，因此高温合金紧固件具有很好的市场前景。以GH4169合金为代表的镍基高温合金具有高的抗拉强度、持久性、良好的抗腐蚀、高温抗氧化性、热加工及焊接性能，已被广泛应用于航空航天以及其他各领域的重要结构性材料。
由于航空航天用紧固件对产品性能、尺寸精度和表面质量的要求极高，而现有工艺在加工高温合金紧固件用棒材时主要采用冷拉拔和挤压工艺，冷拉拔和挤压工艺在生产过程中必须使用润滑粉润滑，且由于坯料和模具之间的摩擦阻力作用会使材料产生局部热处理，即使产品成型且满足组织性能要求，但表面极易出现裂痕、划伤、麻坑等缺陷，导致产品成材率低且质量差，由此可见传统紧固件用高温合金棒材的制备方法存在能耗高、表面质量差、效率低等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺稳定、成品率高、节约资源、易于实现的航空航天紧固件用高温合金棒材的精密冷加工工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其包括以下步骤：
A、对GH4169热轧棒材进行固溶处理，固溶后的棒材进行空冷，然后酸洗；
B、将步骤A酸洗后的棒材进行1～3道次旋锻，旋锻送进速度为1～10mm/s；
C、当旋锻为1道次时，控制变形量为12％～30％，旋锻完成后，即得GH4169合金棒材；
当旋锻为2道次时，控制第1道次变形量为15％～40％，第1道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第2道次旋锻，控制第2道次变形量为12％～30％，第2道次旋锻完成后，即得GH4169合金棒材；
当旋锻为3道次时，控制第1道次变形量为15％～40％，第1道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第2道次旋锻，控制第2道次变形量为15％～40％，第2道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第3道次旋锻，控制第3道次变形量为12％～30％，第3道次旋锻完成后，即得GH4169合金棒材。
其中，上述紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，步骤A中，所述GH4169热轧棒材的直径为φ10mm～φ12mm。
其中，上述紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，步骤A中，所述固溶处理的温度为980℃～1020℃，保温时间为20～60min。
其中，上述紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，步骤A中，所述酸洗中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按1：3：4～6的体积比混合制成；酸洗液中浸泡时间为10min～20min。
其中，上述紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，步骤C中，当旋锻为2道次或3道次时，所述退火软化的温度为960℃～1000℃，保温时间为20min～60min。
其中，上述紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，步骤C中，当旋锻为2道次或3道次时，所述酸洗处理中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按1：3：6的体积比混合制成；酸洗液中浸泡时间为10min～20min。
其中，上述紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，步骤C中，所述GH4169合金棒材的直径为φ6.0mm～φ10.0mm，尺寸精度为±0.03mm。
其中，上述紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，步骤C中，所述GH4169合金棒材的抗拉强度≥1515MPa，屈服强度≥1380MPa，断后延伸率≥8％，断面收缩率≥5％。
本发明的有益效果：
本发明的方法工艺简单，易于实现，采用该方法制备的GH4169合金棒材组织均匀且强度高，尺寸精度高、表面质量良好，可广泛应用于镍基高温合金紧固件用棒材加工行业；所得GH4169合金棒材直径为φ6.0mm～φ10.0mm，尺寸精度为±0.03mm；室温条件下抗拉强度≥1515MPa，屈服强度≥1380MPa,，断后延伸率≥8％，断面收缩率≥5％，满足航空航天紧固件用棒材的使用技术要求。
具体实施方式
具体的，紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，包括以下步骤：
A、对GH4169热轧棒材进行固溶处理，固溶后的棒材进行空冷，然后酸洗；
B、将步骤A酸洗后的棒材进行1～3道次旋锻，旋锻送进速度为1～10mm/s；
C、当旋锻为1道次时，控制变形量为12％～30％，旋锻完成后，即得GH4169合金棒材；
当旋锻为2道次时，控制第1道次变形量为15％～40％，第1道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第2道次旋锻，控制第2道次变形量为12％～30％，第2道次旋锻完成后，即得GH4169合金棒材；
当旋锻为3道次时，控制第1道次变形量为15％～40％，第1道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第2道次旋锻，控制第2道次变形量为15％～40％，第2道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第3道次旋锻，控制第3道次变形量为12％～30％，第3道次旋锻完成后，即得GH4169合金棒材。
本发明方法以直径φ10mm～φ12mm的GH4169热轧棒材作为原材料，以期获得直径φ6.0mm～φ10.0mm的GH4169合金棒材成品。根据原材料直径和成品直径，结合每道次变形量要求，选择进行1～3道次旋锻；同时控制最后一道次的变形量12％～30％，目的是通过小变形来控制合金晶粒度和组织，而其余道次变形量的目的主要是棒材减径，不超过40％，目的是保护旋锻机模具，保护设备。
本发明方法步骤A中，所述固溶处理的温度为980℃～1020℃，保温时间为20～60min。
本发明方法步骤A中，所述酸洗中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按1：3：4～6的体积比(HNO3：HCl体积比＝1：3即为王水)混合制成；酸洗液中浸泡时间为10min～20min。
本发明方法步骤C中，当旋锻为2道次或3道次时，除最后一道旋锻，均需要退火和酸洗；退火的目的是使得冷变形后的棒材消除形变硬化，降低硬度，恢复合金的塑性和形变能力，并控制退火温度和时间，从而使GH4169合金棒材发生回复和再结晶；由于退火后棒材表面会产生少量的氧化层，需要通过酸洗来去除，确保下工序旋锻棒材表面质量光亮。
因此本发明方法步骤C中，当旋锻为2道次或3道次时，所述退火软化的温度为960℃～1000℃，保温时间为20min～60min；当旋锻为2道次或3道次时，所述酸洗处理中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按1：3：4～6的体积比混合制成；酸洗液中浸泡时间为10min～20min。
通过本发明方法对直径φ10mm～φ12mm的GH4169热轧棒材进行冷加工，所得GH4169合金棒材的直径为φ6.0mm～φ10.0mm，尺寸精度为±0.03mm；其抗拉强度≥1515MPa，屈服强度≥1380MPa，断后延伸率≥8％，断面收缩率≥5％。
本发明中，各道次的变形量计算公式为：ε＝(S0-S1)÷S0×100％；S0代表旋锻前棒材的横截面积，S1代表旋锻后棒材的横截面积。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
对直径
的GH4169合金热轧棒材进行2道次旋锻，得到直径
的GH4169合金棒材，具体步骤如下：
(1)、将
热轧棒材置于热处理炉中进行固溶处理，固溶后的棒材进行空冷；所述固溶处理的温度为1000℃，固溶处理的保温时间为60min；
(2)、将步骤(1)固溶处理后的
棒材坯料置于酸洗液中浸泡15min，去除表面氧化层，取出用水冲洗后晾干，保持坯料表面光洁，其中酸洗液由HNO3、HCl和H2O按照1：3：6的体积比混合制成；
(3)、将步骤(2)酸洗后的棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为5mm/s，变形量为16％，得到直径
的棒材坯料；
(4)、将步骤(3)直径
的棒材坯料进行退火软化，去除应力，退火温度在980℃，保温时间10min；
(5)、将步骤(4)退火处理后的
的棒材坯料重复步骤(2)酸洗处理；
(6)、将步骤(5)酸洗后的
棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为5mm/s，变形量为17％，得到直径
的GH4169合金棒材，其经时效热处理后性能测试结果见表1。
表1
GH4169合金棒材经时效热处理后性能检测结果
注：GH4169合金棒材时效热处理制度为：720±10℃，保温8h，以(50±10)℃/h冷却速率冷却至620±10℃，保温8h，空冷。
由表1可知，实施例1制备的直径为10mm的GH4169合金棒材尺寸精度高、组织晶粒度细小、力学性能优异，可满足航空航天紧固件用棒材使用技术要求。
实施例2
对直径
的GH4169合金热轧棒材进行3道次旋锻，得到直径
的GH4169合金棒材，具体步骤如下：
(1)、将
热轧棒材置于热处理炉中进行固溶处理，固溶后的棒材进行空冷；所述固溶处理的温度为1000℃，固溶处理的保温时间为60min；
(2)、将步骤(1)固溶处理后的
棒材坯料置于酸洗液中浸泡15min，去除表面氧化层，取出用水冲洗后晾干，保持坯料表面光洁，其中酸洗液由HNO3、HCl和H2O按照1：3：6的体积比混合制成；
(3)、将步骤(2)酸洗后的棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为5mm/s，变形量为23％，得到直径
的棒材坯料；
(4)、将步骤(3)直径
的棒材坯料进行退火软化，去除应力，退火温度在980℃，保温时间20min；
(5)、将步骤(4)退火处理后的
的棒材坯料重复步骤(2)酸洗处理，然后将酸洗后的棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为5mm/s，变形量为28％，得到直径
的GH4169合金棒材。
(6)、将步骤(5)得到的直径
的GH4169合金棒材坯料重复所述步骤(4)退火工艺，并重复步骤(2)酸洗处理；
(7)、将步骤(6)酸洗处理后的
GH4169合金棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为5mm/s，变形量为15％，最终得到直径
的GH4169合金棒材，其经时效热处理后性能测试结果见表1。
表2
GH4169合金棒材经时效热处理后性能检测结果
注：GH4169合金棒材时效热处理制度为：720±10℃，保温8h，以(50±10)℃/h冷却速率冷却至620±10℃，保温8h，空冷。
由表2可知，实施例2制备的直径为8mm的GH4169合金棒材尺寸精度高、组织晶粒度细小、力学性能优异，可满足航空航天紧固件用棒材使用技术要求。
实施例3
对直径
的GH4169合金热轧棒材进行3道次旋锻，得到直径
的GH4169合金棒材，具体步骤如下：
(1)、将
热轧棒材置于热处理炉中进行固溶处理，固溶后的棒材进行空冷；所述固溶处理的温度为1020℃，固溶处理的保温时间为60min；
(2)、将步骤(1)固溶处理后的
棒材坯料置于酸洗液中浸泡10min，去除表面氧化层，取出用水冲洗后晾干，保持坯料表面光洁，其中酸洗液由HNO3、HCl和H2O按照1：3：6的体积比混合制成；
(3)、将步骤(2)酸洗后的棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为2mm/s，变形量为36％，得到直径
的棒材坯料；
(4)、将步骤(3)
的棒材坯料进行退火软化，去除应力，退火温度在980℃，保温时间20min；
(5)、将步骤(4)退火处理后的
的棒材坯料重复步骤(2)酸洗处理，将酸洗后的棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为2mm/s，变形量为34％，得到直径
的GH4169合金棒材坯料；
(6)、将步骤(5)得到的直径
的GH4169合金棒材坯料重复所述步骤(4)退火工艺，并重复步骤(2)酸洗处理；
(7)、将步骤(6)酸洗处理后的
GH4169合金棒材坯料进行旋锻，旋锻送进速度为5mm/s，变形量为15％，最终得到直径
的GH4169合金棒材，其经时效热处理后性能测试结果见表2。
表3
GH4169合金棒材经时效热处理后性能检测结果
注：GH4169合金棒材时效热处理制度：720±10℃，保温8h，以(50±10)℃/h冷却速率冷却至620±10℃，保温8h，空冷。
由表3可知，实施例3制备的直径为6mm的GH4169合金棒材尺寸精度高、组织晶粒度细小、力学性能优异，可满足航空航天紧固件使用技术要求。
Claims (8)
1.紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、对GH4169热轧棒材进行固溶处理，固溶后的棒材进行空冷，然后酸洗；
B、将步骤A酸洗后的棒材进行1～3道次旋锻，旋锻送进速度为1～10mm/s；
C、当旋锻为1道次时，控制变形量为12％～30％，旋锻完成后，即得GH4169合金棒材；
当旋锻为2道次时，控制第1道次变形量为15％～40％，第1道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第2道次旋锻，控制第2道次变形量为12％～30％，第2道次旋锻完成后，即得GH4169合金棒材；
当旋锻为3道次时，控制第1道次变形量为15％～40％，第1道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第2道次旋锻，控制第2道次变形量为15％～40％，第2道次旋锻后，所得棒材进行退火软化，再经酸洗处理，然后进行第3道次旋锻，控制第3道次变形量为12％～30％，第3道次旋锻完成后，即得GH4169合金棒材。
2.根据权利要求1所述的紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：步骤A中，所述GH4169热轧棒材的直径为φ10mm～φ12mm。
3.根据权利要求1所述的紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：步骤A中，所述固溶处理的温度为980℃～1020℃，保温时间为20～60min。
4.根据权利要求1所述的紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：步骤A中，所述酸洗中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按1：3：4～6的体积比混合制成；酸洗液中浸泡时间为10min～20min。
5.根据权利要求1所述的紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：步骤C中，当旋锻为2道次或3道次时，所述退火软化的温度为960℃～1000℃，保温时间为20min～60min。
6.根据权利要求1所述的紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：步骤C中，当旋锻为2道次或3道次时，所述酸洗处理中，酸洗液由HNO3、HCl和H2O按1：3：6的体积比混合制成；酸洗液中浸泡时间为10min～20min。
7.根据权利要求1～6任一项所述的紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：步骤C中，所述GH4169合金棒材的直径为φ6.0mm～φ10.0mm，尺寸精度为±0.03mm。
8.根据权利要求7所述的紧固件用高温合金棒线材的冷加工方法，其特征在于：步骤C中，所述GH4169合金棒材的抗拉强度≥1515MPa，屈服强度≥1380MPa，断后延伸率≥8％，断面收缩率≥5％。
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