CN106854686B - 一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法，其步骤如下：壳体淬火后，将壳体长度方向等分为N段，N+1个等分截面（首尾端必选）；利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度，标记椭圆度超差的截面，标记椭圆的长轴、短轴位置；整形时，首先在变形最大的横截面处按方法安装整形工装；依次测量其他截面的椭圆度，并在超差截面处依次安装整形工装；步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度，保证各截面椭圆度与整形后一致；整形工装安装完毕后，将壳体与工装一起进行回火；回火结束后拆下整形工装，测量各截面椭圆度；若各截面椭圆度在设计指标范围内，则结束整形，若仍有截面椭圆度超差，则按照上述方法进行二次整形。

Description

一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法

技术领域

本发明涉及热处理领域，具体涉及一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法。

背景技术

超高强度合金钢可以用于制作燃烧室壳体，30Cr3SiNiMoVA是超高强度合金钢中典型的一种，其合金元素含量分别为：C: 0.28～0.34，Cr:2.80～3.20，Ni：0.80～1.20，Mn:0.50～0.80，Si: 0.90～1.20，Mo：0.60～0.80，V:0.05～0.15，P:≤ 0.02，S:≤ 0.02。该材料主要依靠淬火+回火的方式获得强度和韧性。

淬火过程必须加热至奥氏体化温度以上，随后进行快速冷却，使其得到高强度及硬度的板条马氏体组织。淬火过程中由于热胀冷缩、组织转变造成的热应力、组织应力、前道工序机械加工残余应力相互叠加，达到金属的屈服极限，零件发生塑性变形；此后，应力的累积和释放过程交替进行，最终使零件发生弯曲及翘曲等变形。同时，在热胀冷缩及相变不均匀所引起的热应力及组织应力的作用下，零件还可能发生体积变化(增大或减小)，使零件的尺寸改变。特别是在非对称性小截面零件(如心轴、传动轴和杆形件等)、表面积大而厚度薄的零件（如套筒、盘类和叶片等）的热处理过程中，零件变形是零件制造中的关键课题。

大长径比、薄壁壳体由于其结构特点，淬火后的畸变更为严重，导致后续加工、装配困难等问题已成为导致增长产品研制周期、降低合格率的共性问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法，

操作简单，效果明显。根据超高强度钢材料特性、薄壁壳体的变形规律，设计外箍式专用工装，利用该类零件的弹塑性变形规律，确定通用的反变形量；结合超高强度钢热处理工艺特性，回火时即达到整形效果，又释放机械整形时形产生的应力，有效的保证了壳体的尺寸稳定性

其具体步骤如下：

步骤一、壳体淬火后，将壳体长度方向等分为N段，N+1个等分截面（首尾端必选）；

步骤二、利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度，标记椭圆度超差的截面，标记椭圆的长轴、短轴位置；

步骤三、整形时，首先在变形最大的横截面处按方法安装专用整形工装；

步骤四、依次测量其他截面的椭圆度，并在超差截面处依次安装整形工装；步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度，各截面椭圆度与整形后一致；步骤六、整形工装安装完毕后，将壳体与工装一起进行回火；

步骤七、回火结束后拆下整形工装，测量各截面椭圆度；

步骤八、若各截面椭圆度在设计指标范围内，则结束整形，若仍有截面椭圆度超差，则按照上述方法进行二次整形；

进一步，所述壳体采用的超高强度钢材料牌号为30Cr3SiNiMoVA。

进一步，步骤一所述的壳体等分段的数量壳体长度和结构确定，原则是当等分横截面不得位于壁厚变化交界处、非直线段处、倒角处、外部零件搭接处，一般不少于3个等分横截面。

进一步，步骤三所述的整形工装为外箍式，1套/2副。所述的整形工装安装原理为：采用外箍式专用整形工装使等分截面反变形，将1套/2副整形工装的A点置于椭圆长轴处，B点置于短轴处，以变形量较大的轴为测量基准，反变形数值为原始测量数值的50%~60%，未安装整形工装前长轴处尺寸为直径＋2mm，安装后将该处尺寸下压为直径－1.0mm~1.2mm。

进一步，在保证壳体机械性能的前提下，二次整形回火时温度应升高20±10℃。

本发明的优点在于：根据30Cr3SiNiMoVA超高强度钢薄壁壳体的热处理工艺及淬火后的变形规律，设计制造出了针对该类材料、结构的外箍式专用整形工装、整形方法，技术原理简单、易操作、合格率高；该方法与淬火后回火共同进行，无需附加整形工序，且在回火温度下消除了机械整形的残余应力，保证壳体的尺寸稳定性。

附图说明

图1为超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法流程图；

图2为超高强度钢薄壁壳体等分截面划分图；

图3为超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形工装设计图。

具体实施方式

本发明为解决30Cr3SiNiMoVA超高强度钢薄壁壳体淬火变形问题，通过设计外谷式专用工装，根据壳体淬火后变形数据、该类材料特定温度下的弹塑性变形规律，计算室温下应使壳体反变形量，并在回火过程中使壳体椭圆度稳定在设计指标范围内。本发明通过如下步骤实现：

下面举实例

在30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体上实施，该壳体其直径约为300㎜，长度为2780㎜，壁厚为1.6㎜。设计指标为壳体圆度≤2㎜（椭圆度≤4㎜）。具体方法如下：

步骤一、壳体淬火后，将壳体长度方向等分为三段，四个等分截面，截面不得位于两端非直线段处，如图2所示；

步骤二、利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度，标记椭圆度超差的截面1，2，4截面，标记椭圆的长轴、短轴位置；具体数据见表1：

表1 30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体淬火变形数据

截面	截面1	截面2	截面3	截面4
					长轴（㎜）	300﹢4.75	300﹢3.27	300﹢1.96	300﹢4.93
短轴（㎜）	300﹣2.48	300﹣2.26	300﹣1.87	300﹣1.98
					椭圆度（㎜）	7.23	5.53	3.83	6.91

步骤三、整形时，首先在变形最大的截面1处按方法安装专用整形工装，即，将工装A点对应壳体长轴处，反变形量分别为（截面1）长轴300-2.8㎜，短轴300+1.3㎜；

步骤四、依次测量其他截面的椭圆度，截面3数据为长轴300+1.63㎜，短轴300-1.56㎜，未超差。截面2、4数据与淬火后无变化，仍旧超差，分别在截面2、截面4安装整形工装。反变形数据为（截面2）长轴300-1.9㎜，短轴300+1.3㎜，（截面4）长轴300-2.9㎜，短轴300+1.1㎜；

步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度，各截面椭圆度与整形后一致，数据见表2；

表2 30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体反变形数据

截面	截面1	截面2	截面3	截面4
					长轴（㎜）	300﹣2.8	300﹣1.9	300﹢1.63	300﹣2.9
短轴（㎜）	300﹢1.3	300﹢1.3	300﹣1.56	300﹢1.1

步骤六、整形工装安装完毕后，将壳体与工装一起进行回火；

步骤七、回火结束后拆下整形工装，测量各截面椭圆度，各等分横截面的椭圆度数据见表2；

表3 30Cr3SiNiMoVA薄壁壳体整形后数据

截面	截面1	截面2	截面3	截面4
					长轴（㎜）	300﹢0.91	300﹢0.69	300﹢1.63	300﹢1.01
短轴（㎜）	300﹣0.6	300﹣0.48	300﹣1.56	300﹣0.44
					椭圆度（㎜）	1.51	1.17	3.19	1.45

步骤八、各截面椭圆度均满足≤4㎜的设计指标，结束整形。

完成该壳体的热处理变形的整形。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

Claims (3)

1.一种超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、壳体淬火后，将壳体长度方向等分为N段，N+1个等分截面，首尾端必选；

壳体等分段的数量壳体长度和结构确定，原则是当等分横截面不得位于壁厚变化交界处、非直线段处、倒角处、外部零件搭接处，不少于3个等分横截面；

步骤二、利用千分尺测量各等分横截面上壳体的椭圆度，标记椭圆度超差的截面，标记椭圆的长轴、短轴位置；

步骤三、整形时，首先在变形最大的横截面处按方法安装整形工装；

整形工装安装原理为：采用外箍式专用整形工装使等分截面反变形，将1套/2副整形工装的A点置于椭圆长轴处，B点置于短轴处，以变形量较大的轴为测量基准，反变形数值为原始测量数值的50%~60%；

步骤四、依次测量其他截面的椭圆度，并在超差截面处依次安装整形工装；

步骤五、复测整形后每个横截面处的椭圆度，各截面椭圆度与整形后一致；

步骤六、整形工装安装完毕后，将壳体与工装一起进行回火；

步骤七、回火结束后拆下整形工装，测量各截面椭圆度；

步骤八、若各截面椭圆度在设计指标范围内，则结束整形，若仍有截面椭圆度超差，则按照上述方法进行二次整形；

未安装整形工装前长轴处尺寸为直径＋2mm，安装后将该处尺寸下压为直径－1.0mm~1.2mm。

2.如权利要求1所述的超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法，其特征在于，所述壳体采用的超高强度钢材料牌号为30Cr3SiNiMoVA。

3.如权利要求1或2所述的超高强度钢薄壁壳体淬火变形的整形方法，其特征在于，在保证壳体机械性能的前提下，二次整形回火时温度应升高20±10℃。