1Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法
【專利摘要】本發明公開了一種1Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，其步驟為：將1Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼加熱到1000～1200℃，經反復鐓粗、拔長，總變形量為55％～70％的鍛造變形后，以2℃/s的加熱速度加熱至1250℃保溫30分鐘，獲得細晶的1Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料；再加熱到鍛造溫度，經鐓粗、沖孔、平高度，得到該合金環坯；在940～980℃的溫度下，以最大為2.8mm/s的進給速度軋制成形，獲得1Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。該方法能使1Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼在成形過程中處于超塑性狀態，從而獲得性能和尺寸均符合要求的1Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。該環形件主要作為連接環、軸承環等被廣泛地用于航空、航天等工業領域的機械裝備上。
【專利說明】1 Cr21 N i 5T i雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及了一種超塑性成形方法，特別是涉及了一種lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法。
【背景技術】
[0002]復雜截面環形件作為連接、回轉支承環、軸承環等被廣泛地用于航空、航天、工程機械、風力發電、石油化工等工業領域的大型機械裝備上。這類環件服役條件苛刻，對其使用性能要求較高，而且環形件結構復雜，采用傳統的成形方法很難同時滿足環形件的性能和尺寸要求。
[0003]超塑性成形技術由于具有變形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形復雜零件等優點而在航空、航天等領域獲得廣泛的應用。目前，對于lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼超塑性的研究，僅限于材料的拉伸試驗中；而在環軋領域中，對0Cr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形尚未見到報道。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種使用細小均勻晶粒的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料來實現lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，該坯料在一定的應變速率和溫度范圍內能使lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼處于超塑性狀態，從而在較小的壓力下，獲得性能和尺寸均符合要求的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，其技術方案包括以下步驟:
[0006](I)按一定規格將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼下料成棒材；
[0007](2)將上述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼進行晶粒細化處理，制備細晶的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料；
[0008](3)將上述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料，加熱到鍛造溫度后，經鐓粗、沖孔、平高度，制成lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯；
[0009](4)對上述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯進行超塑性成形，得到lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。
[0010]上述步驟(2)所述對lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼晶粒細化處理的方法為:將所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼棒材加熱到1000?1200°C，到溫后，進行反復鐓粗、拔長，總變形量為55%?70%;再將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料以2V /s的加熱速度加熱至1250°C保溫30分鐘，水冷；獲得細晶的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料。
[0011]上述步驟(3)所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯的高度應與最終成形的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件高度相同。
[0012]上述步驟(4)所述超塑性成形的過程為:先對lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯進行包套處理，使后續鍛造處于相對恒定的溫度下；將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯加熱至980°C，保溫一段時間后，裝入環軋機；將軋環機的主輥轉速調至1.0rad/s，在940°C?980°C的溫度下，以最大為2.8mm/s的進給速度將所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料經軋制成形，獲得lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。
[0013]進一步地，主輥的最大進給速度的計算方式如下:
6'V
[0014]V0 =-~-T-
(1-/0 ViRh
[0015]式中，
[0016]V。為主棍的最大進給速度；
[0017]ε為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼超塑性變形允許的最大應變速率；
[0018]V為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環件的總體積；
[0019]μ為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼在鍛造溫度時的摩擦系數；
[0020]V1為主輥的轉速；
[0021]R為主輥的半徑；
[0022]h為環件的高度。
[0023]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
[0024]本發明所述的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，lCr21Ni5Ti鋼屬于鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼，該不銹鋼在1000?1200°C溫度下，鋼中的合金元素Ni在鐵素體和奧氏體中的溶解度相近，其強化效果相同，在該溫度下鍛造時，鐵素體和奧氏體能夠獲得相同程度上的細化；再以2V /s的加熱速度加熱至1250°C保溫30分鐘，能夠保證鐵素體和奧氏體在相互轉化的過程中，達到所需比例，獲得組織均勻細化的鐵素體-奧氏體雙相組織，經測試，該lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼的晶粒尺寸大小為4 μ m(符合lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼超塑性要求的小于10 μ m)，且呈均勻分布。lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼經過晶粒細化處理后，能夠有效地提高材料的延伸率，降低流動應力。
[0025]經過上述晶粒細化處理的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼在940?980°C的溫度下，以最大2.8mm/s的進給速度進行軋制時，應變速度的最大值為2.0 X K^s—1，此時，lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼滿足超塑性條件，達到了超塑性狀態。經測試，此時lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼的延伸率能夠達到525%?575%，能夠完全滿足lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環件的成形要求。
【具體實施方式】
[0026]實施本發明所述的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，需要提供高溫加熱爐、壓力機、機械手，環軋機等設備，環軋機的主輥直徑為Φ860_。【具體實施方式】如下:
[0027]lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼主要化學元素含量(重量百分比)為:含C量0.09%?
0.14%、含 Mn 量彡 0.80%、含 Si 量彡 0.80%、含 Cr 量 20.0%?22.0%、含 Ni 量 4.80%?
5.80%、含 Ti 量 0.60%?0.80%、含 S 量彡 0.025%、含 P 量彡 0.035%、余量為 Fe。
[0028]lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形工藝步驟如下:
[0029]按一定規格將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼下料成棒材；將所lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼棒材加熱到1200°C，到溫后，進行反復鐓粗、拔長，總變形量為60% ;再將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料以2V /s的加熱速度加熱至1250°C保溫30分鐘，水冷；獲得細晶的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料；再將所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料，加熱到鍛造溫度后，經鐓粗、沖孔、平高度，制成lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯，該環坯的高度與最終成形的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件高度相同。
[0030]對所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯進行包套處理，使后續鍛造處于相對恒定的溫度下；將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯加熱至980°C，保溫一段時間后，裝入環軋機；將軋環機的主棍轉速調至1.0rad/s,在940°C?980°C的溫度下，以最大為2.8mm/s的進給速度將所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料經軋制成形，獲得lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。
[0031]上述最大進給速度的計算方式如下:
《V
[0032]
[0033]式中，
[0034]V0為最大進給速度；
[0035]ε為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼超塑性變形允許的最大應變速率；
[0036]V為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環件的總體積；
[0037]μ為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼在鍛造溫度時的摩擦系數；
[0038]V1為主輥的轉速；
[0039]R為主輥的半徑；
[0040]h為環件的高度。
【權利要求】
1.一種lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)按一定規格將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼下料成棒材； (2)將上述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼進行晶粒細化處理，制備細晶的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料； (3)將上述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料，加熱到鍛造溫度后，經鐓粗、沖孔、平高度，制成lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯； (4)對上述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯進行超塑性成形，得到lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。
2.根據權利要求1所述的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步驟(2)lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼晶粒細化處理的方法為:將所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼棒材加熱到1000?1200°C，到溫后，進行反復鐓粗、拔長，總變形量為55%?70%;再將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料以2V /s的加熱速度加熱至1250°C保溫30分鐘，水冷；獲得細晶的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料。
3.根據權利要求1所述的lCr21M5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步驟(3)lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯的高度應與最終成形的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件高度相同。
4.根據權利要求1所述的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步驟(4)超塑性成形的過程為:先對lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環坯進行包套處理，使后續鍛造處于相對恒定的溫度下；將lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼加熱至980°C，保溫一段時間后，裝入環軋機；將軋環機的主輥轉速調至1.0rad/s，在940°C?980°C的溫度下，以最大為2.8mm/s的進給速度將所述lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼坯料經軋制成形，獲得lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件。
5.根據權利要求1或4所述的lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼復雜截面環形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述最大進給速度的計算方式如下:
?'ν Va —1mZ
.0 (1-P)-ViRh 式中， V0為最大進給速度； ε為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼超塑性變形允許的最大應變速率； V為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼環件的總體積； μ為lCr21Ni5Ti雙相不銹鋼在鍛造溫度時的摩擦系數； V1為主棍的轉速； R為主輥的半徑； h為環件的高度。
【文檔編號】B21J1/04GK104175065SQ201410305202
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】歐陽斌, 葛金鋒, 蘇春民, 李玉鳳, 楊孝榮, 李興品, 蔣睿華 申請人:貴州安大航空鍛造有限責任公司