Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的制备方法，该方法采用真空感应熔炼，再经过真空电弧重熔双联工艺获得钢锭。经过均匀化热处理，锻造开坯，精整，热轧，冷拔，中间退火，冷轧，卷绕，真空定型等工艺加工高温合金高强度螺旋挡圈。采用该方法制备的挡圈在450～550℃下和短暂在610℃环境下能保持高的强度和良好的弹性性能，工作时不变形或断裂，能够很好地限制齿轮和轴的位置，并且还具有耐高温、高强韧性、长期弹性稳定性、拆装方便，可以拆装的次数多的优点。
【专利说明】Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高温合金弹性元件，特别涉及一种Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的制备方法。
【背景技术】
[0002]高强度螺旋弹性挡圈主要是用于发动机轮毂齿轮轴，作用在于保持高的强度、高弹性、高寿命以使能确保限位作用，其经历了从碳钢卡圈、不锈钢垫圈、不锈钢挡圈的发展历程。高强度螺旋弹性挡圈普遍使用温度在450°C?550°C，瞬时使用温度可以达到610°C，在这种工作温度下，高强度螺旋挡圈若不能保持良好的高温性能，将导致元件变形或断裂，造成齿轮和轴卡死，导致发动机工作故障，严重者将导致机毁人亡。
[0003]目前国内外普遍采用不锈钢螺旋弹性挡圈作为高强度螺旋弹性挡圈，其结构包括单圈的卡圈及垫圈。这种不锈钢螺旋弹性挡圈，其韧性差、脆性大，由于结构为单圈的卡圈及垫圈。使其拆装困难，可以拆装的次数少。另外，由于目前不锈钢螺旋弹性挡圈均为国外进口，因此还有成本高的缺点。
[0004]由于高强度螺旋弹性挡圈所用材料需要特殊冶炼和冷轧加工，硬度要求高，尺寸要求严，径厚比大，零件加工时绕制成圈型非常困难，目前在国内外尚属空白。因此，如何尽快的开发出具有耐高温、高强韧性、长期弹性稳定性的高温合金高强度螺旋弹性挡圈，是本领域亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明目的是提供一种制备Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的方法，采用该方法制备的挡圈在450?550°C下和短暂610°C环境下能保持高的强度和良好的弹性性能，工作时不变形或断裂，能够很好地限制齿轮和轴的位置，并且还具有耐高温、高强韧性、长期弹性稳定性、拆装方便，可以拆装的次数多的优点。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案是:
Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的制备方法，高强度螺旋弹性挡圈为用高温合金扁带经螺旋绕制形成的至少两层弹性工作圈的圆柱螺旋结构，各层弹性工作圈之间留有弹性变形间隙，所述两层弹性工作圈的端头之间留有变径开口，该挡圈的制备方法有以下步骤:
1)按Fe-Cr-Ni基高温合金的配比配料；
2)取步骤I)所述的配料，真空炉中精炼，在温度1530?1560°C下，电磁搅拌均匀，浇注，获得重熔电极棒；
3)步骤2)所述的重熔电极棒经真空电弧重熔得到钢锭，钢锭锻造成钢坯，经探伤、精整，将钢坯热加热到1140°C?950°C，轧制成的圆条；圆条经过固溶热处理，得到Fe-Cr-Ni基高温合金丝材坯料；
4)取步骤3)所得的丝材坯料，用多道次的冷加工拉拔成表面光洁、无裂纹、无褶皱、无氧化皮的丝材，用高精度窄带轧机，轧制成高精度窄带；
5 )在全自动绕簧机上设定卷绕参数，启动，卷绕高精度窄带制得螺旋挡圈，测定螺旋挡圈外径，调整参数，至精度控制在工艺要求范围内，得到成型的高温合金高强度螺旋挡圈；6)成型的高温合金螺旋挡圈，球磨倒圆倒角，超声波清洗，定型热处理，得到连续的两圈以上的Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈。
[0007]步骤2)所述的精炼为2次精炼，其中，第一次精炼时间为10~20分钟，真空度为I~6Pa，第2次精炼时间为10分钟，真空度≤IXlO-1Pa15
[0008]步骤2)所述的浇注采用细流中速均匀浇注，浇注时间为12~18秒。
[0009]步骤3)所述的圆条直径为Φ IOmm~Φ 12 mm。
[0010]步骤3)所述的固溶处理的方法是保温温度1080°C、保温时间30-60分钟、水淬。固溶处理时，粗拉阶段(拉拔直径至大于Φ 6mm前)变形量控制在50-60%冷加工后均要进行1080保温时间60-100分钟的固溶软化处理；细拉阶段Φ6πιπ Φ3πιπι，固溶处理制度为保温温度1050°C~1080°C，保温时间30~60分钟、水淬。
[0011]步骤4)所述的多道次的冷加工拉拔的道次为20-32道次。
[0012]步骤4)所述的丝材的直径精度为0.005、.015mm。`
[0013]步骤6)所述的定型热处理在真空热处理炉中800°C加热5h。
[0014]发明所述高温合金扁带的厚度为0.07~2.0,宽度为0.25~15mm，其厚度公差最高控制在0.003mm,宽度公差最高控制在0.005mm时，为高精度精密窄带。
[0015]本发明所述高温合金高强度螺旋弹性挡圈的直径为9mm~200mm，直径公差为O ~0.40mm。
[0016]采用上述技术方案，本发明在Fe-Cr-Ni的基础上，添加合金元素，通过控制T1、Al、V的比例，优化金属间化合物的组织，调整B、Mo、C的成分，提高晶界强化效果，得到的Fe-Cr-Ni基高温合金材料通过真空感应熔炼和真空电弧重熔工艺，开坯加工丝材，用高精度窄带轧机轧制成品钢丝，获得高精度精密窄带，然后卷制成型，最后定型热处理得到的螺旋弹性挡圈，满足高的强韧性，并且保持长期弹性稳定性。所述螺旋弹性挡圈由于用丝材直接轧制而成，其钢材的轧制变形流线没有被破坏，因此具有良好的强度和弹性。
[0017]本发明所述Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈与国内外材料相比，其冶金性能:0 ( IOppm ；P含量≤0.006% ；S含量≤0.002%,具有力学性能优良，可反复装拆使用，良好的高温弹性性能，可以广泛用于航空、航天、深海领域。本发明所述Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈除可以在高温下使用，还可以在400°C下长期使用。经实验验证，本发明所述Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的高温使用温度达到610°C，具有高强度和高的韧性，在450°C~550°C下具有长期的弹性稳定性，室温时:E ^ 200GPa,在61(TC时，E ≤ 160GPa ;室温:Rm ≤ 1420MPa, Rp0.2 ≤ 1210MPa，A ≤ 3%, Z ≤ 20%,Hv ≤ 420，弹性扭转90°不发生断裂，可以反复装拆6次，不发生断裂。在经过5000小时使用后，仍然保持良好的弹性性能。因此，本发明所述Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈，目前国内仅有 申请人:开展其研制工作，经实验验证，处于世界领先水平。
[0018]本发明所述Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈可以应用于飞机、船舶、工业和车辆用燃气涡轮机，以及宇宙飞行器、火箭发动机、实验性飞机、核反应堆、潜艇、蒸汽动力发电厂装置、石油化工设备以及其他高温用途，填补了我国没有高强度高温合金螺旋弹性挡圈的空白。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明所述方法的真空熔炼工艺简图；
图2为螺旋挡圈的波形图；
图3为成型工装夹具的结构示意图；
图4为螺旋挡圈的结构示意图；
图5为图4的仰视图。
【具体实施方式】
[0020]发明材料采用真空感应熔炼，再经过真空电弧重熔化双联工艺获得钢锭。经过均匀化热处理，锻造开坯，精整，热轧，冷拔，中间退火，冷轧，卷绕，真空定型等工艺加工高温合金高强度螺旋挡圈。具体步骤如下:
1.本发明所述Fe-Cr-Ni基及镍基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的各成分重量百分含量如表1所述:
【权利要求】
1.一种Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈的制备方法，其特征在于，高强度螺旋弹性挡圈为用高温合金扁带经螺旋绕制形成的至少两层弹性工作圈的圆柱螺旋结构，各层弹性工作圈之间留有弹性变形间隙，所述两层弹性工作圈的端头之间留有变径开口，该挡圈的制备方法有以下步骤: 1)按Fe-Cr-Ni基高温合金的配比配料； 2)取步骤I)所述的配料，真空炉中精炼，在温度1530~1560°C下，电磁搅拌均匀，浇注，获得重熔电极棒； 3)步骤2)所述的重熔电极棒经真空电弧重熔得到钢锭，钢锭锻造成钢坯，经探伤、精整，将钢坯热加热到1140°C保温，在温度1140°C~950°C范围，轧制成的圆条；圆条经过固溶热处理，得到Fe-Cr-Ni基高温合金丝材坯料； 4)取步骤3)所得的丝材坯料，用多道次的冷加工拉拔成表面光洁、无裂纹、无褶皱、无氧化皮的丝材，用高精度窄带轧机，轧制成高精度窄带； 5 )在全自动绕簧机上设定卷绕参数，启动，卷绕高精度窄带制得螺旋挡圈，测定螺旋挡圈外径，调整参数，至精度控制在工艺要求范围内，得到成型的高温合金高强度螺旋挡圈； 6)成型的高温合金螺旋挡圈，球磨倒圆倒角，超声波清洗，定型热处理，得到连续的两圈以上的Fe-Cr-Ni基高温合金高强度螺旋弹性挡圈。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤2)所述的精炼为2次精炼，其中，第一次精炼时间为10~20分钟，真空度为I~6Pa，第2次精炼时间为10分钟，真空度 ≤ 1X10-1Pa。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤2)所述的浇注采用细流中速均匀浇注，浇注时间为12~18秒。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤3)所述的圆条直径为φ10mm~Φ12 mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤3)所述的固溶处理的方法是保温温度1080°C、保温时间30~60分钟、水淬。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于:固溶处理的方法为粗拉阶段和细拉阶段，粗拉阶段的变形量控制在50~60%，拉拔圆条的直径接近φ6mm，1080°C下保温60^100分钟；细拉阶段将圆条拉拔为Φ6mm~Φ3mm的丝材坯料，1050°C~1080°C下保温30~60分钟，水淬。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤4)所述的多道次的冷加工拉拔的道次为20-32道次。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤4)所述的丝材的直径精度为0.005^0.015mm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤6)所述的定型热处理在真空热处理炉中800°C加热5h。
【文档编号】B23P15/00GK103464973SQ201310390960
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】张十庆, 王宏, 李方, 聂尊誉, 刘庆宾, 邹兴政, 王东哲, 唐锐, 赵安中, 李济林 申请人:重庆材料研究院有限公司