CN111926152A - 一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法 - Google Patents

一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法 Download PDF

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韩培培
康冲
赵博
李红恩
李志�
古立新
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Abstract

本发明公开了一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法，其包括消除应力回火、气冷淬火、冰冷处理、低温回火、校正和最终回火等步骤，本发明采用真空气冷淬火代替冷速相对较快的油冷淬火，零件热处理后的硬度、抗拉强度、屈服强度、断裂韧性等均满足技术标准要求，并且可减少淬火应力的产生，零件热处理后基本没有变形，尺寸精度满足设计要求。

Description

一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法
技术领域
本发明属于超高强度钢热处理的技术领域，具体涉及一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法。
背景技术
23Co14Ni12Cr3MoE钢是一种高合金超高强度钢，具有超高的强度、良好的断裂韧性、较高的疲劳强度、优良的抗应力腐蚀断裂和抗疲劳裂纹断裂的能力，凭借优良的强韧性配合成为航空领域制造飞机起落架、承力框梁等大型复杂结构件的优选材料。在热处理过程中，超高强度钢制复杂结构零件在热应力和组织应力的作用下将不可避免的会产生变形。尤其对于少无余量、壁厚不均、截面尺寸变化急剧的飞机用杆、梁类零件，热处理后零件变形不可避免。
由于23Co14Ni12Cr3MoE钢热处理后抗拉强度约为1970MPa，热处理后机械加工困难，不宜过多预留加工余量。同时热处理后机加易出现震纹、烧伤等问题，对零件疲劳性能影响较大。如果热处理后对零件进行静压力校形，加载力不好控制，易导致因施加外力不当导致零件断裂报废的现象。因此，23Co14Ni12Cr3MoE钢制大型复杂结构零件热处理后的变形问题是制约生产的技术瓶颈。
目前，国内外尚无对23Co14Ni12Cr3MoE钢制大型复杂构件有效的热处理变形控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法，以解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案为：
一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法，在保证零件各项热处理性能的同时，有效控制了热处理后零件的变形，零件尺寸精度满足设计要求。本发明采用真空气冷淬火冷却工艺取代传统的油冷淬火冷却工艺，并在零件机械加工过程中增加消除应力退火工序，在冷处理与最终回火工序间增加低温回火工艺制度，主要包括以下步骤：
第一步，消除应力回火
结合零件的结构形式，合理的在零件机械加工过程中进行消除机械加工应力回火，回火加热温度417℃～427℃，保温时间1h～3h，空冷。
第二步，气冷淬火
在真空热处理炉中加热至875℃～895℃，淬火加热保温时间90min～135min，在1×105Pa～4×105Pa高纯氩气中进行气冷淬火。
第三步，冰冷处理
零件淬火后应在8h内进行冷处理，冷处理温度-65℃～-81℃，保温时间60min～300min，冷处理后空气中回温至室温。
第四步，低温回火
零件冷处理工序后进行低温回火，回火温度180℃～200℃，保温时间不少于3h，在空气中冷却。
第五步，校正
零件低温回火后，结合热处理变形情况进行静压力校正。
第六步，最终回火
零件校形后进行最终回火，回火加热温度479℃～485℃，回火保温时间5h～8h，在空气中冷却。
本发明的效果和益处是：
1、本发明采用真空气冷淬火代替冷速相对较快的油冷淬火，零件热处理后的硬度、抗拉强度、屈服强度、断裂韧性等均满足技术标准要求，并且可减少淬火应力的产生，零件热处理后基本没有变形，尺寸精度满足设计要求。
2、本发明合理的在零件机加过程中增加消除应力退火工序，改变零件内部应力分布，可显著减少淬火变形。
3、本发明在冷处理与最终回火工序间增加低温回火的工艺制度，消除了冷处理与最终回火的时间间隔，解决了因校正周期而影响材料性能的问题。
4、本发明在冷处理后增加校正工序，由于23Co14Ni12Cr3MoE材料在冷处理与最终回火之间时具有较低的屈强比，解决了超高强度钢最终热处理后校正困难的问题。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。以下提供了本发明实施方案中所使用的具体材料及其来源。但是，应当理解的是，这些仅仅是示例性的，并不意图限制本发明，与如下试剂和仪器的类型、型号、品质、性质或功能相同或相似的材料均可以用于实施本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
选取23Co14Ni12Cr3MoE钢制大型复杂零件，采用本发明涉及的变形控制方法进行热处理，并对热处理后的零件进行性能考核，技术指标要求为抗拉强度σb≥1930MPa、屈服强度σ0.2≥1620MPa、硬度≥53HRC，延伸率≥10％，断面收缩率≥55％，断裂韧性
Figure BDA0002635023740000031
主要工艺流程如下：
第一步，淬火前消除应力回火：在零件机加过程中进行消除机械加工应力回火，回火加热温度427℃，保温时间2h，空冷。
第二步，气冷淬火：在真空热处理炉中加热至885℃，淬火加热保温时间135min，在约1.0×105Pa高纯氩气中进行气冷淬火。
第三步，冰冷处理：零件淬火后应在8h内进行冷处理，冷处理温度-73℃，保温时间300min，冷处理后空气中回温至室温。
第四步，低温回火：零件冷处理后进行低温回火，回火温度190℃，保温时间不少于3h，在空气中冷却。
第五步，校正：零件低温回火后，结合热处理变形情况进行校正。
第六步，最终回火：零件校形后进行最终回火，回火加热温度482℃，回火保温时间5.5h，在空气中冷却。
最终热处理后进行性能测试，抗拉强度σb为1998MPa、屈服强度σ0.2为1825MPa、硬度54HRC，延伸率为14.5％，断面收缩率为72％，断裂韧性为117
Figure BDA0002635023740000041
均满足技术标准要求，且零件热处理后基本没有变形，零件尺寸精度满足设计要求。
以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (1)

1.一种23Co14Ni12Cr3MoE钢大型零件热处理变形控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
第一步，消除应力回火
结合零件的结构形式，合理的在零件机械加工过程中进行消除机械加工应力回火，回火加热温度417℃～427℃，保温时间1h～3h，空气中冷却；
第二步，气冷淬火
在真空热处理炉中加热至875℃～895℃，淬火加热保温时间90min～135min，在1×105Pa～4×105Pa高纯氩气中进行气冷淬火；
第三步，冰冷处理
零件淬火后在8h内进行冷处理，冷处理温度-65℃～-81℃，保温时间60min～300min，冷处理后空气中回温至室温；
第四步，低温回火
零件冷处理工序后进行低温回火，回火温度180℃～200℃，保温时间不少于3h，在空气中冷却；
第五步，校正
零件低温回火后，结合热处理变形情况进行静压力校正；
第六步，最终回火
零件校形后进行最终回火，回火加热温度479℃～485℃，回火保温时间5h～8h，在空气中冷却。
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