1Cr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法
【专利摘要】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。
【专利说明】1 Cr21 N i 5T i双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种超塑性成形方法，特别是涉及了一种lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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lCr21Ni5Ti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】
[0004]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lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料来实现lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所述lCr21Ni5Ti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:
[0006](I)按一定规格将lCr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材；
[0007](2)将上述lCr21Ni5Ti双相不锈钢进行晶粒细化处理，制备细晶的lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料；
[0008](3)将上述lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯；
[0009](4)对上述lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行超塑性成形，得到lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
[0010]上述步骤(2)所述对lCr21Ni5Ti双相不锈钢晶粒细化处理的方法为:将所述lCr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1000?1200°C，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为55%?70%;再将lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2V /s的加热速度加热至1250°C保温30分钟，水冷；获得细晶的lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料。
[0011]上述步骤(3)所述lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯的高度应与最终成形的lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同。
[0012]上述步骤(4)所述超塑性成形的过程为:先对lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯加热至980°C，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在940°C?980°C的温度下，以最大为2.8mm/s的进给速度将所述lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料经轧制成形，获得lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
[0013]进一步地，主辊的最大进给速度的计算方式如下:
6'V
[0014]V0 =-~-T-
(1-/0 ViRh
[0015]式中，
[0016]V。为主棍的最大进给速度；
[0017]ε为lCr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率；
[0018]V为lCr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积；
[0019]μ为lCr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数；
[0020]V1为主辊的转速；
[0021]R为主辊的半径；
[0022]h为环件的高度。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0024]本发明所述的lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形方法，lCr21Ni5Ti钢属于铁素体-奥氏体双相不锈钢，该不锈钢在1000?1200°C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2V /s的加热速度加热至1250°C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lCr21Ni5Ti双相不锈钢的晶粒尺寸大小为4 μ m(符合lCr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性要求的小于10 μ m)，且呈均匀分布。lCr21Ni5Ti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。
[0025]经过上述晶粒细化处理的lCr21Ni5Ti双相不锈钢在940?980°C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 X K^s—1，此时，lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢的延伸率能够达到525%?575%，能够完全满足lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环件的成形要求。
【具体实施方式】
[0026]实施本发明所述的lCr21Ni5Ti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Φ860_。【具体实施方式】如下:
[0027]lCr21Ni5Ti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 量彡 0.80%、含 Si 量彡 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 量彡 0.025%、含 P 量彡 0.035%、余量为 Fe。
[0028]lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件的超塑性成形工艺步骤如下:
[0029]按一定规格将lCr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材；将所lCr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1200°C，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为60% ;再将lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2V /s的加热速度加热至1250°C保温30分钟，水冷；获得细晶的lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料；再将所述lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯，该环坯的高度与最终成形的lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同。
[0030]对所述lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯加热至980°C，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主棍转速调至1.0rad/s,在940°C?980°C的温度下，以最大为2.8mm/s的进给速度将所述lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料经轧制成形，获得lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
[0031]上述最大进给速度的计算方式如下:
《V
[0032]
[0033]式中，
[0034]V0为最大进给速度；
[0035]ε为lCr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率；
[0036]V为lCr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积；
[0037]μ为lCr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数；
[0038]V1为主辊的转速；
[0039]R为主辊的半径；
[0040]h为环件的高度。
【权利要求】
1.一种lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢下料成棒材； (2)将上述lCr21Ni5Ti双相不锈钢进行晶粒细化处理，制备细晶的lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料； (3)将上述lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯； (4)对上述lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯进行超塑性成形，得到lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
2.根据权利要求1所述的lCr21Ni5Ti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，所述步骤(2)lCr21Ni5Ti双相不锈钢晶粒细化处理的方法为:将所述lCr21Ni5Ti双相不锈钢棒材加热到1000?1200°C，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为55%?70%;再将lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料以2V /s的加热速度加热至1250°C保温30分钟，水冷；获得细晶的lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料。
3.根据权利要求1所述的lCr21M5Ti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，所述步骤(3)lCr21Ni5Ti双相不锈钢环坯的高度应与最终成形的lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件高度相同。
4.根据权利要求1所述的lCr21Ni5Ti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，所述步骤(4)超塑性成形的过程为:先对lCr21Ni5Ti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lCr21Ni5Ti双相不锈钢加热至980°C，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在940°C?980°C的温度下，以最大为2.8mm/s的进给速度将所述lCr21Ni5Ti双相不锈钢坯料经轧制成形，获得lCr21Ni5Ti双相不锈钢复杂截面环形件。
5.根据权利要求1或4所述的lCr21Ni5Ti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:
?'ν Va —1mZ
.0 (1-P)-ViRh 式中， V0为最大进给速度； ε为lCr21Ni5Ti双相不锈钢超塑性变形允许的最大应变速率； V为lCr21Ni5Ti双相不锈钢环件的总体积； μ为lCr21Ni5Ti双相不锈钢在锻造温度时的摩擦系数； V1为主棍的转速； R为主辊的半径； h为环件的高度。
【文档编号】B21J1/04GK104175065SQ201410305202
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】欧阳斌, 葛金锋, 苏春民, 李玉凤, 杨孝荣, 李兴品, 蒋睿华 申请人:贵州安大航空锻造有限责任公司