CN104175065B - 1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法 - Google Patents
1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法,其步骤为:将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢加热到1000~1200℃,经反复镦粗、拔长,总变形量为55%~70%的锻造变形后,以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟,获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料;再加热到锻造温度,经镦粗、冲孔、平高度,得到该合金环坯;在940~980℃的温度下,以最大为2.8mm/s的进给速度轧制成形,获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。该方法能使1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在成形过程中处于超塑性状态,从而获得性能和尺寸均符合要求的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。该环形件主要作为连接环、轴承环等被广泛地用于航空、航天等工业领域的机械装备上。
Description
技术领域
本发明涉及了一种超塑性成形方法,特别是涉及了一种1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法。
背景技术
复杂截面环形件作为连接、回转支承环、轴承环等被广泛地用于航空、航天、工程机械、风力发电、石油化工等工业领域的大型机械装备上。这类环件服役条件苛刻,对其使用性能要求较高,而且环形件结构复杂,采用传统的成形方法很难同时满足环形件的性能和尺寸要求。
超塑性成形技术由于具有变形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形复杂零件等优点而在航空、航天等领域获得广泛的应用。目前,对于1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性的研究,仅限于材料的拉伸试验中;而在环轧领域中,对0Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形尚未见到报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用细小均匀晶粒的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料来实现1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法,该坯料在一定的应变速率和温度范围内能使1Cr21Ni5Ti双相不锈钢处于超塑性状态,从而在较小的压力下,获得性能和尺寸均符合要求的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
为解决上述技术问题,本发明所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法,其技术方案包括以下步骤:
(1)按一定规格将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材;
(2)将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1000~1200℃,到温后,进行反复镦粗、拔长,总变形量为55%~70%;再将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟,水冷;获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料;
(3)将上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料,加热到锻造温度后,经镦粗、冲孔、平高度,制成1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯;1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯的高度应与最终成形的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同;
(4)对1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行包套处理,使后续锻造处于相对恒定的温度下;将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯加热至980℃,保温一段时间后,装入环轧机;将环轧机的主辊转速调至1.0rad/s,在940℃~980℃的温度下,以2.8mm/s的最大进给速度将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯经轧制成形,获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
进一步地,主辊的最大进给速度的计算方式如下:
式中,
v0为最大进给速度;
ε为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率;
V为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积;
μ为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数;
v1为主辊的转速;
R为主辊的半径;
h为环件的高度。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法,1Cr21Ni5Ti钢属于铁素体-奥氏体双相不锈钢,该不锈钢在1000~1200℃温度下,钢中的合金元素Ni在铁素体和奥氏体中的溶解度相近,其强化效果相同,在该温度下锻造时,铁素体和奥氏体能够获得相同程度上的细化;再以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟,能够保证铁素体和奥氏体在相互转化的过程中,达到所需比例,获得组织均匀细化的铁素体-奥氏体双相组织,经测试,该1Cr21Ni5Ti双相不锈钢的晶粒尺寸大小为4μm(符合1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性要求的小于10μm),且呈均匀分布。1Cr21Ni5Ti双相不锈钢经过晶粒细化处理后,能够有效地提高材料的延伸率,降低流动应力。
经过上述晶粒细化处理的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在940~980℃的温度下,以最大2.8mm/s的进给速度进行轧制时,应变速度的最大值为2.0×10-3s-1,此时,1Cr21Ni5Ti双相不锈钢满足超塑性条件,达到了超塑性状态。经测试,此时1Cr21Ni5Ti双相不锈钢的延伸率能够达到525%~575%,能够完全满足1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环件的成形要求。
具体实施方式
实施本发明所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法,需要提供高温加热炉、压力机、机械手,环轧机等设备,环轧机的主辊直径为Φ860mm。具体实施方式如下:
1Cr21Ni5Ti双相不锈钢主要化学元素含量(重量百分比)为:含C量0.09%~0.14%、含Mn量≤0.80%、含Si量≤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≤0.025%、含P量≤0.035%、余量为Fe。
1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形工艺步骤如下:
按一定规格将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材;将所1Cr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1200℃,到温后,进行反复镦粗、拔长,总变形量为60%;再将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟,水冷;获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料;再将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料,加热到锻造温度后,经镦粗、冲孔、平高度,制成1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯,该环坯的高度与最终成形的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同。
对所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行包套处理,使后续锻造处于相对恒定的温度下;将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯加热至980℃,保温一段时间后,装入环轧机;将环轧机的主辊转速调至1.0rad/s,在940℃~980℃的温度下,以2.8mm/s的最大进给速度将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯经轧制成形,获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
上述最大进给速度的计算方式如下:
式中,
v0为最大进给速度;
ε为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率;
V为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积;
μ为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数;
v1为主辊的转速;
R为主辊的半径;
h为环件的高度。
Claims (2)
1.一种1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按一定规格将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材;
(2)将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1000~1200℃,到温后,进行反复镦粗、拔长,总变形量为55%~70%;再将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2℃/s的加热速度加热至1250℃保温30分钟,水冷;获得细晶的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料;
(3)将上述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢坯料,加热到锻造温度后,经镦粗、冲孔、平高度,制成1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯;1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯的高度应与最终成形的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同;
(4)对1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行包套处理,使后续锻造处于相对恒定的温度下;将1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯加热至980℃,保温一段时间后,装入环轧机;将环轧机的主辊转速调至1.0rad/s,在940℃~980℃的温度下,以2.8mm/s的最大进给速度将所述1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环坯经轧制成形,获得1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
2.根据权利要求1所述的1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法,其特征在于,所述最大进给速度的计算方式如下:
式中,v0为最大进给速度;
ε为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率;
V为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积;
μ为1Cr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数;
v1为主辊的转速;
R为主辊的半径;
h为环件的高度。
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