一种高温合金细丝材及其冷成型方法与流程

1.本发明涉及金属材料技术领域，具体而言，尤其涉及一种高温合金细丝材及其冷成型方法。


背景技术：

2.高温合金材料具有较高的高温强度、良好的抗氧化性和抗腐蚀性能，并且具有良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合性能，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性，其丝材产品已广泛应用在航空航天、汽车、核电等不同领域。对于弹簧、焊丝用高温合金等零件，需要制备各种不同规格的丝材，在直径＜φ1.2mm的高温合金丝材制备中，目前后续的冷加工主要采用拉伸、辊拉的方法进行减径。在这种高温合金细丝材产品制备过程中，由于其变形抗力大，冷加工塑性低，导致经常发生断丝的情况，且由于采用酸洗工艺，丝材表面有坑洞、割伤等缺陷，影响表面质量。因此冷加工难度较大。
3.基于上述情况，开发一种表面质量良好、尺寸精度高、丝材成材率高的高温合金细丝材冷成型制备方法，实现稳定化、批量化工业生产是十分必要的。


技术实现要素：

4.根据上述提出的现有技术工艺中直径＜φ1.2mm丝材表面损伤、断丝、光洁度差等技术问题，而提供一种直径＜φ1.2mm高温合金细丝材及其冷成型方法。本发明主要采用旋锻机进行丝材减径，在旋锻过程中通过控制每个道次的变形量，并采用真空热处理，能有效提高材料冷成型后的表面质量、组织均匀性、成材率，实现高温合金细丝材稳定化、批量化生产。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种高温合金细丝材，为通过固溶处理、旋锻和退火处理制备得到的所得材料。
7.本发明还提供了一种高温合金细丝材的冷成型方法，包括如下步骤：
8.s1、对高温合金丝材坯料进行固溶处理；
9.s2、利用旋锻机将步骤s1中处理后的丝材卡在旋锻机入口进行多段多道次旋锻，并对每段多道次旋锻后的丝材进行退火处理；
10.s3、利用旋锻机对步骤s2中得到的丝材进行最后一道次的旋锻，获得冷成型后的高温合金细丝材。
11.进一步地，所述步骤s1中，高温合金丝材坯料的直径不大于φ3.0mm，采用真空热处理炉对高温合金丝材坯料进行固溶处理。
12.进一步地，所述步骤s1中，固溶处理时的冷却方式为充入氩气气冷至室温。
13.进一步地，所述步骤s2中，每道次旋锻减径后丝材的压缩率不大于25％，每段多道次旋锻后丝材总的变形压缩率控制在35％～45％。
14.进一步地，所述步骤s2中，采用真空热处理炉进行退火处理，且真空度≤10-3
pa。
15.进一步地，所述步骤s2中，退火处理时的冷却方式为随炉冷却至室温。
16.进一步地，所述步骤s3中，最后一道次旋锻控制丝材的变形量不大于12％。
17.进一步地，所述步骤s2和所述步骤s3中，旋锻过程中旋锻机采用20#抗压机械油进行润滑和冷却，旋锻机中具有3个模具锤头，旋锻过程中是由丝材坯料周围均匀分布的3个模具锤头，对丝材坯料沿着径向进行高频率的同步锻打，丝材坯料每次加工受到均匀变形，使得丝材直径均匀的连续渐变减小，向轴向延伸。
18.进一步地，所述步骤s2和所述步骤s3中，每道次旋锻后，丝材变形压缩率的计算公式为：
19.ε＝(s0-s1)
÷
s0
×
100％；
20.式中，s0为旋锻前丝材的横截面积，s1为旋锻后丝材的横截面积。
21.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.本发明提供的高温合金细丝材及其冷成型方法，采用旋锻机进行丝材减径，在旋锻过程中通过控制每个道次的变形量，并采用真空热处理，能有效提高材料冷成型后的表面质量、组织均匀性、成材率，实现高温合金细丝材稳定化、批量化生产。
23.综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术工艺中丝材表面损伤、断丝、光洁度差等问题。
24.基于上述理由本发明可在高温合金的冷加工等领域广泛推广。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明冷成型方法示意图。
27.图2为x05g旋锻机工作示意图。
28.图中：1、锤头；2、工件。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
34.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
35.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
36.如图1所示，本发明提供了一种直径＜φ1.2mm高温合金细丝材的冷成型方法，涉及一种高温合金细丝材的制备技术领域。该方法具体包括如下步骤：
37.1、采用真空热处理炉将直径不大于φ3.0mm的高温合金丝材坯料进行固溶处理；
38.2、利用旋锻机将步骤1中的丝材卡在旋锻机入口进行多段多道次旋锻，旋锻过程中每道次旋锻减径后丝材的压缩率不大于25％，丝材总的变形压缩率控制在35％～45％；
39.3、将步骤2中每段多道次旋锻后获得的丝材均采用真空热处理炉进行退火处理，真空度≤10-3
pa。
40.4、利用旋锻机将步骤3中的丝材进行最后一道次旋锻，最后一道次旋锻控制丝材变形量不大于12％，获得高温合金细丝材。
41.在本发明所述的方法中，高温合金丝材的牌号为本领域常规牌号，在优选实施方式中，丝材的牌号为gh4169或gh3030，步骤2中每道次旋锻减径后丝材的压缩率不大于25％，当冷变形压缩率在30％～45％之间时，采用真空热处理炉进行热处理时，真空度＜10-3
pa。然后继续旋锻至成品尺寸丝材，最后一道次控制高温合金细丝材变形量不大于12％。
42.在本发明中采用的x05g旋锻机进线的丝材坯料直径不大于3mm，在旋锻过程中采
用20#抗压机械油进行润滑和冷却。旋锻过程中是由丝材坯料周围分布的3个模具锤头1(如图2所示)，对坯料工件2沿着径向进行高频率的同步锻打，由于加工坯料每次都受到均匀变形，使得丝材直径均匀的连续渐变减小，向轴向延伸。该工艺不同于传统的拉伸、辊拉模式，由于变形受力方向主要以径向为主，三向加压，杜绝了加工过程中断丝的现象，同时也使得旋锻后的丝材表面更加的光洁，尺寸精度高。在旋锻过程中时采用真空热处理退火，不仅避免了传统工艺中酸洗带来的环境污染，同时提高了细丝的表面质量。
43.在本发明所述步骤1和步骤3中，所述的利用真空热处理炉进行固溶处理温度和退火处理温度根据丝材的牌号而定，固溶处理时的冷却方式为充入氩气气冷至室温，退火处理时的冷却方式为随炉冷却至室温。
44.本发明中每道次变形压缩率计算公式为：ε＝(s0-s1)
÷
s0
×
100％；s0代表旋锻前丝材的横截面积，s1代表旋锻后丝材的横截面积。
45.本发明可应用于制备高温合金细丝材产品。高温合金细丝材产品广泛应用在航空航天、汽车、核电等不同领域的平面弹簧、螺旋弹簧结构件、焊丝等零部件，该类细丝材产品具有很高的附加值。利用本发明可制备出表面质量良好、组织性能稳定、尺寸精度高的细丝材产品，并且能杜绝传统制备工艺中断丝的现象和酸洗工艺，有效提高产品成材率，保护环境。从而提高在高端零部件领域的市场占有率，扩大知名度。
46.实施例1
47.利用上述发明方法进行φ1.0mmgh4169合金细丝材的制备：
48.1、采用真空热处理炉将直径φ3.0mm的gh4169合金丝材进行固溶处理，冷却方式为充入氩气气冷至室温；
49.2、利用旋锻机将步骤1中的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ3.0mm
→
φ2.7mm
→
φ2.4mm；每道次旋锻后丝材的压缩率分别为19.0％、21.0％，步骤2旋锻后丝材的总压缩率为36.0％；
50.3、将步骤2获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa，冷却方式为随炉冷却至室温；
51.4、利用旋锻机将步骤3中获得的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ2.4mm
→
φ2.2mm
→
φ2.0mm
→
φ1.8mm；每道次旋锻后丝材的压缩率分别为16.0％、17.4％、19.0％，步骤4旋锻后丝材的总压缩率为43.8％；
52.5、将步骤4获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa，冷却方式为随炉冷却至室温；
53.6、利用旋锻机将步骤5中获得的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ1.8mm
→
φ1.6mm
→
φ1.45mm
→
φ1.35mm；每道次旋锻后丝材的压缩率分别为21.0％、17.8％、13.3％，步骤6旋锻后丝材的总压缩率为43.8％；
54.7、将步骤6获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa，冷却方式为随炉冷却至室温；
55.8、利用旋锻机将步骤7中获得的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ1.35mm
→
φ1.18mm
→
φ1.06mm；每道次旋锻后丝材的压缩率分别为23.6％、19.3％，步骤7旋锻后丝材的总压缩率为38.3％；
56.9、将步骤8获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa，冷却方
式为随炉冷却至室温；
57.10、利用旋锻机将步骤9中获得的丝材进行最后一道次旋锻，丝材的直径变化为：φ1.07mm
→
φ1.0mm，步骤10旋锻后丝材的压缩率为11.0％。
58.最终制得φ1.0mmgh4169合金细丝材，丝材尺寸公差在0～-0.02mm。在制备高温合金细丝过程中未出现断丝情况，且表面质量良好，合金丝材组织性能稳定。
59.实施例2
60.利用上述发明方法进行φ0.8mmgh3030合金细丝材的制备：
61.1、采用真空热处理炉将直径φ2.5mm的gh3030合金丝材进行固溶处理，冷却方式为充入氩气气冷至室温；
62.2、利用旋锻机将步骤1中的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ2.5mm
→
φ2.25mm
→
φ2.05mm
→
φ1.9mm，每道次旋锻后丝材的压缩率分别为19.0％、17.0％、14.0％，步骤2旋锻后丝材的总压缩率为42.2％；
63.3、将步骤2获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa，冷却方式为随炉冷却至室温；
64.4、利用旋锻机将步骤3中获得的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ1.9mm
→
φ1.65mm
→
φ1.45mm；每道次旋锻后丝材的压缩率分别为24.6％、22.7％，步骤4旋锻后丝材的总压缩率为41.8％；
65.5、将步骤4获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa冷却方式为随炉冷却至室温；
66.6、利用旋锻机将步骤5中获得的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ1.45mm
→
φ1.3mm
→
φ1.15mm
→
φ1.08mm，每道次旋锻后丝材的压缩率分别为19.6％、21.7％、11.8％，步骤6旋锻后丝材的总压缩率为44.5％；
67.7、将步骤6获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa，冷却方式为随炉冷却至室温；
68.8、利用旋锻机将步骤7中获得的丝材进行旋锻，丝材的直径变化为：φ1.08mm
→
φ1.0mm
→
φ0.9mm
→
φ0.84mm；每道次旋锻后丝材的压缩率分别为14.3％、19％、12.9％，步骤8旋锻后丝材的总压缩率为39.5％；
69.9、将步骤8获得的丝材在真空热处理炉中进行退火处理，真空度＜10-3
pa，冷却方式为随炉冷却至室温；
70.10、利用旋锻机将步骤9中获得的丝材进行最后一道次旋锻，丝材的直径变化为：φ0.84mm
→
φ0.8mm，步骤10旋锻后丝材的压缩率为9.0％。
71.最终制得φ0.8mmgh3030合金细丝材，丝材尺寸公差在0～-0.02mm。在制备高温合金细丝过程中未出现断丝情况，且表面质量良好，合金丝材组织性能稳定。
72.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。