专利名称：微应力高强度冷拔钢材及其制造方法
技术领域：
本发明属于金属型材的加工，它涉及一种新型的原材料及其制造方法。
在已有的机械加工中所提供的钢材有热轧和冷拔的两种状态，它们的金相组织中晶粒粗大且不均匀，不具备较高的刚度、强度等机械性能，且在表面和内部存在有较高的残余应力，因此在冷拔坯料上作不对称及不均匀的切削时必然引起弯曲变形，所以在机械加工过程中必须配合以反复的热处理才能使加工的工件达到设计要求。另外，对于细长轴类的另件加工在切削和热处理上都存在较大的难度。其关键在于各道工序中的残余应力消除不净，变形就在所难免，对于结构简单的轴类另件，尤其是细长的轴类另件若有低应力高机械性能和高尺寸精度的原材料供应则能便于制造并降低加工成本。但经调查知，前述的低应力或微应力、高机械性能、高尺寸精度的原材坯料尚无供应的先例。经中国专利局捡索得到的相关专利如下①U.S.4047418《供金属管或金属棒用的冷拔调直联合机》，它是将冷拔和调直合于一身的设备，它将坯料经一到二次拉拔接着再作一到二次调直，拉拔用冷模，调直用偏置的滚轮；②昭64-22412《亚稳定奥氏体钢棒材强磁性化拉拔法》，它提供了为强磁化材料拉拔加工的设备，该设备采用双拉拔模加工，以降低工件变形引起的温升，此材料是用于仪表传感器的另件上，用以测量在拉、压、弯、扭时磁通量的变化，并用数字或刻度显示出耒；③昭58-90317《镍钇合金线的生产方法》，提供了镍钇合金线在退火后拉拔成丝的一般的加工过程，该镍钇合金丝的直径很小，是作电热丝用的；④昭63-176545《不锈钢线材》，它说的是不锈钢线材的拉拔过程。以上四篇捡索的专利都与拉拔的过程有关，都未涉及应力问题，都谈到了一般的退火，这些工序也都是常规操作，未提到使用特殊的热处理手段使工件或原材料达到特殊的低应力的目的。
本发明的目的是提供一种具有高机械性能、高尺寸精度、其残余应力极低的原材料及其加工方法，它为结构简单的轴类另件特别是细长轴类另件的加工创造方便的条件，能大幅度的降低成本，而且它提供的制造方法简单，有普遍推广的意义。
按如上构思，本方案所提供的微应力高强度冷拔钢材具有圆形、方形或六角形的截面，其特征是它具有低微的应力和高机械性能，该钢材的表面残余应力为5.8～25MPa，其浅内层的残余应力为0～7.8MPa；在它的机械性能中其硬度为HRc15～30，其抗拉强度为620～1000N/mm2，尺寸及形状精度为6级。为实现前述的冷拔钢材，它的制造工艺过程包括热处理中的退火、酸洗中和水洗及型材的冷拔，其特征是它采用三道冷拔的工序，在第三道冷精拔之前增加调质处理，在调质处理后设有自然时效的处理。
在本方案中的第三道冷精拔工序只完成微小的精拔量，且用三道冷拔模连续工作。在第三道冷精拔工序之前的自然时效为二十至三十天。
采用本方案能体现如下的优越性(1)本方案的原材料在第三道冷拔之前增加了调质工序它能提高强度、细化组织并消除应力，在第三道精拔工序之前增加了自然时效，再消除一部分的残余应力，在第三道精拔工序中完成的拉拔余量很小，采用了三个拉拔模连续工作，因此得到了表面和内部的残余应力极小而机械性能优良的原材料，经专家检测的结果证明这种优良性能的原材料是前无先例的，在残余应力的数值上与一般的原材料相比只相当它们的几十分之一，根本不在一个数量级之上；(2)使用这种原材料为轴类另件特别是细长轴类另件使用可以作到少加工或无加工，能节约工时降低成本；(3)由于本材料的残余应力极低，因此可以保证工件的质量，在加工过程中不变形，并且在以后的长期工作中也不会变形；(4)使用该种原材料加工一些硬度不要求很高的另件也能保证其优良的加工质量，因为它比热轧和冷拔状态的原材料有高得多的机械性能，它有一定的刚度、强度、组织细化、表面具有较好的尺寸精度和光泽度而且有极低的残余应力；(5)它特别适用于一些工作环境恶劣、温度变化剧烈而精度要求严格的另件的加工，如兵器、飞机或航天器械等；(6)本方案除了提供圆钢外，还可提供异形的六角钢和方钢，能适应多方面机械加工的需要。
现在进一步说明本方案的实施例。本方案的微应力高强度的冷拔钢材是通过如下的工艺过程实现的。
1.先将欲拔制的线材作退火处理，在860℃下保持8小时；2.将退火材料作酸洗、中和、水洗处理；3.第一道拉拔工序，去除表面斑点；4.退火处理，在860℃下保持8小时；5.酸洗、中和、水洗处理；6.第二道拉拔工序，留精拔余量为成活表面尺寸精度公差的8～10倍；7.调质处理，在850℃下油冷或水冷淬火，400℃回火保持5小时；8.自然时效处理，放置20～30天；9.第三道拉拔工序，即精拔工序，用三个同心的冷拔模连续工作，达到尺寸要求。
本方案所提供的优质原材料有圆形截面的，还有方形和六角形异形截面的，它有较好的机械性能，其抗拉强度为620～1000N/mm2，硬度为HRc15～30。更主要的是它具有极低的残余应力，其表面的残余拉应力为5.8～25MPa，是一般冷拔原材料残余拉应力的1/5～1/10；其浅内层的残余拉应力为0～7.8MPa，只相当一般冷拔原材料的1/50～1/80，因此不难看出此种原材料的优质等级。有了此种优质的原材料可为轴类另件尤其是细长轴类的另件的制作实现少加工或无加工的方便，能提高效率、降低成本、提高加工质量。利用此种钢材制作的其它另件也能获得理想和稳定的加工质量。本方案的试制产品经使用考核证明该种原材料的性能稳定，该原材料制作的另件经长期使用不变形。它特别适用于工作条件恶劣、温度变化剧烈、质量和精度都要求很严格的机器另件的制作。因此它深受试用者的欢迎。
权利要求
1.一种微应力高强度的冷拔钢材，它具有圆形、方形或六角形的截面，其特征是它具有低微的应力和高机械性能，该钢材的表面残余应力为5.8～25MPa，其浅内层的残余应力为0～7.8MPa；在它的机械性能中其硬度为HRc15～30，其抗拉强度为620～1000N/mm2，尺寸及形状精度为6级。
2.一种实现权利要求1的微应力高强度的冷拔钢材的制造方法，其工艺过程包括热处理中的退火、酸洗中和水洗及型材的冷拔，其特征是它采用三道冷拔的工序，在第三道冷精拔之前增加调质处理，在调质处理后还设有自然时效的处理。
3.按照权利要求2所述的冷拔钢材的制造方法，其特征是第三道冷精拔工序只完成微量的精拔量，且用三道冷拔模连续工作。
4.按照权利要求2所述的冷拔钢材的制造方法，其特征是在第三道冷精拔工序之前的自然时效为二十至三十天。
全文摘要
本发明属于金属型材的加工处理。为解决一般原材料的金相组织、机械性能差，残余应力大，及细长轴类零件加工难的问题特提出本方案。该微应力高强度的冷拔钢材具有较好的机械性能、尺寸精度，具有极低的残余应力。在它的工艺过程中采用三道拉拔，在第三道拉拔之前增加调质处理和自然时效，在第三道拉拔工序中采用三个拉拔模连续工作。本方案加工的原料具有机械性能稳定和加工质量好的特点，特别适应于细长轴及要求严格的零件使用。
文档编号B21C1/18GK1140107SQ9610467
公开日1997年1月15日 申请日期1996年4月18日 优先权日1996年4月18日
发明者王春祥, 安铁茹, 韩荣起 申请人:王春祥, 安铁茹, 韩荣起