專利名稱：一種不規(guī)則形狀鋼部件的成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不規(guī)則形狀鋼部件的成形方法，屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在制備金屬結(jié)構(gòu)件時，例如高強鋼結(jié)構(gòu)，為了制備出高性能的零件，往往對鑄造后的組織進行熱機械加工，例如擠壓、鍛造、軋制等熱機械加工，從而可以打碎原始鑄造粗大的晶粒，使組織得到細化，從而得到高性能結(jié)構(gòu)件。但是，傳統(tǒng)的制備工藝對鑄造后的預(yù)制坯進行熱機械加工，一般需要大型的熱機械加工設(shè)備，例如，擠壓設(shè)備、鍛造設(shè)備等，對于大尺寸的零件熱機械加工還存在變形不均勻，造成組織、性能不均勻的問題。電子束、激光成形等增量成形技術(shù)也可以用來制備金屬結(jié)構(gòu)件，一般是采用熔絲、熔粉后，將其逐層鋪覆來實現(xiàn)零件的成形，但是通過電子束、激光成形的零件一般是鑄態(tài)組織，通過后續(xù)的熱處理調(diào)控的難度較大，其中的一些缺陷很難通過后續(xù)熱處理彌合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種不規(guī)則形狀鋼部件的成形方法，采用將熱機械加工過程進行離散后，再通過擴散連接來制備鋼結(jié)構(gòu)件，提高不規(guī)則形狀鋼部件的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并提高鋼結(jié)構(gòu)件的性能，以適用于制備各種高強鋼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的不規(guī)則形狀的鋼部件的成形方法，包括以下步驟(I)根據(jù)待加工鋼部件的幾何尺寸，將鋼部件分割成多個尺寸相同的塊狀；(2)采用機械加工或鑄造的方法，將鋼材加工成長方體狀原始坯料；(3)對上述長方體狀坯料進行鍛造，鍛造工藝參數(shù)為變形溫度860°C 1000°C，變形速率O. 02 O. I毫米/秒，變形量為50% 60%，對鍛造得到的坯料采用高壓水切割、線切割或機械加工的方法，加工成與步驟(I)塊狀尺寸和形狀相適應(yīng)的塊材；(4)將步驟(3)的塊材放入酸洗液中，進行表面酸洗，去除塊材表面的污垢和氧化皮，酸洗液為鹽酸，鹽酸的摩爾濃度為I I. 2摩爾/升；(5)采用鑄造或機械加工的方法，用低碳鋼加工一個包套，包套內(nèi)部的空腔與待成形鋼部件的整體外形相適應(yīng)；(6)將步驟(4)的塊材根據(jù)鋼部件的形狀排列到包套的內(nèi)腔中，將排列有塊材的包套進行封邊焊，對包套的內(nèi)腔進行真空除氣和封裝；(7)將真空封裝后的包套放入熱等靜壓爐中，實現(xiàn)塊材之間的擴散連接，熱等靜壓的壓力為50MPa 200MPa，溫度為900。。 1100°C，時間為2 4小時；(8)采用機械加工或化學(xué)銑削方法，去除待成形鋼部件的低碳鋼包套，得到鋼部件的預(yù)制坯，其中化學(xué)銑削的酸洗液為鹽酸，鹽酸的摩爾濃度為5 8摩爾/升；(9)對上述鋼部件預(yù)制坯進行機械加工和表面處理，得到鋼部件。本發(fā)明提出的鋼結(jié)構(gòu)的制備方法，與傳統(tǒng)的制備鋼結(jié)構(gòu)的方法相比，采用將熱機械加工過程進行離散，再通過熱等靜壓方法實現(xiàn)組合的方法制備鋼結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點
I、本發(fā)明提出的鋼結(jié)構(gòu)制備方法，可以采用小型拉拔、軋制、鍛壓設(shè)備，降低了對設(shè)備的要求，即使是制備大尺寸零件，也不需要大型熱機械加工設(shè)備。2、本發(fā)明提出的鋼結(jié)構(gòu)制備方法，對鑄造后的鋼材料進行了熱機械加工，可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)，獲得所需要的組織狀態(tài)。3、本發(fā)明提出的鋼結(jié)構(gòu)的制備方法，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的外形，通過將經(jīng)過熱機械加工的絲材、板材、塊才經(jīng)過編織或纏繞、疊層、堆垛后擴散連接的方法來制備零件，可以通過調(diào)整塊狀坯料的尺寸和外形，來近凈成形地制備出鋼結(jié)構(gòu)，材料利用率較高。4、本發(fā)明可以用于制備各種合金成分、各種形狀的高性能結(jié)構(gòu)件，而且不需要大型的熱機械加工設(shè)備，具有效率高和成本低的優(yōu)點，適用于制備各種高強鋼結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式本發(fā)明提出的不規(guī)則形狀的鋼部件的成形方法，包括以下步驟·(I)根據(jù)待加工鋼部件的幾何尺寸，將鋼部件分割成多個尺寸相同的塊狀；(2)采用機械加工或鑄造的方法，將鋼材加工成長方體狀原始坯料；(3)對上述長方體狀坯料進行鍛造，鍛造工藝參數(shù)為變形溫度860°C 1000°C，變形速率O. 02 O. I毫米/秒，變形量為50% 60%，對鍛造得到的坯料采用高壓水切割、線切割或機械加工的方法，加工成與步驟(I)塊狀尺寸和形狀相適應(yīng)的塊材；(4)將步驟(3)的塊材放入酸洗液中，進行表面酸洗，去除塊材表面的污垢和氧化皮，酸洗液為鹽酸，鹽酸的摩爾濃度為I I. 2摩爾/升；(5)采用鑄造或機械加工的方法，用低碳鋼加工一個包套，包套內(nèi)部的空腔與待成形鋼部件的整體外形相適應(yīng)；(6)將步驟(4)的塊材根據(jù)鋼部件的形狀排列到包套的內(nèi)腔中，將排列有塊材的包套進行封邊焊，對包套的內(nèi)腔進行真空除氣和封裝；(7)將真空封裝后的包套放入熱等靜壓爐中，實現(xiàn)塊材之間的擴散連接，熱等靜壓的壓力為50MPa 200MPa，溫度為900°C 1100°C，時間為2 4小時；(8)采用機械加工或化學(xué)銑削方法，去除待成形鋼部件的低碳鋼包套，得到鋼部件的預(yù)制坯，其中化學(xué)銑削的酸洗液為鹽酸，鹽酸的摩爾濃度為5 8摩爾/升；(9)對上述鋼部件預(yù)制坯進行機械加工和表面處理，得到鋼部件。本發(fā)明方法的原理是，根據(jù)不規(guī)則形狀鋼部件的幾何形狀，將其離散成絲狀、板狀或塊狀，鋼部件的幾何外形包含于絲狀、板狀或塊狀組合后的幾何體中。然后，采用機械加工或鑄造方法，加工出棒狀、厚板、或塊狀坯料，采用熱機械加工的方法，分別為拉拔、軋制或鍛造，將坯料加工成絲材、板材或塊材，采用排布或編織或纏繞、疊層、堆垛的方法將絲材、板材、塊材放入低碳鋼包套的內(nèi)腔中，經(jīng)過封邊焊、真空封裝后通過熱等靜壓實現(xiàn)擴散連接，將包套去除后，制備出具有一定形狀的鋼部件預(yù)制坯，再經(jīng)過機械加工、表面處理后，制備出鋼部件。本發(fā)明的制備方法，在制備易氧化材料的鋼部件時，可以在真空條件或氬氣保護下對坯料進行拉拔、軋制或鍛造等熱機械加工，以防止氧化。以下介紹本發(fā)明方法的實施例實施例I :
(I)待加工鋼部件的幾何尺寸為Φ50πιπιΧ150πιπι，將300M鋼部件分割成多個尺寸相同的塊狀，幾何尺寸為8mmX8mmX5mm ；(2)采用機械加工的方法，將300M鋼材加工成長方體狀原始坯料，8mmX8mmX1Omm ；(3)對上述長方體狀坯料進行鍛造，鍛造工藝參數(shù)為變形溫度920°C，變形速率O. 02毫米/秒，變形量為50%，對鍛造得到的坯料采用機械加工的方法，加工成尺寸為8mm X 8mm X 5mm 的塊材；(4)將步驟(3)的塊材放入鹽酸溶液中，進行表面酸洗，去除塊材表面的污垢和氧化皮，鹽酸的濃度為I摩爾/升，酸洗時間為5分鐘，酸洗溫度為55°C ；(5)采用機械加工的方法，用Q235鋼加工一個包套，包套的尺寸為Φ56πιπι(內(nèi)徑) 60mm (外徑)X 150mm ;(6)將步驟(4)的塊材根據(jù)鋼部件的形狀排列到包套的內(nèi)腔中，將排列有塊材的包套進行封邊焊，對包套的內(nèi)腔進行真空除氣和封裝；(7)將真空封裝后的包套放入熱等靜壓爐中，實現(xiàn)塊材之間的擴散連接，熱等靜壓的壓力為lOOMPa，溫度為1100°C，時間為2小時；(8)采用機械加工，去除上述鋼部件的預(yù)制坯的低碳鋼包套，得到鋼部件的預(yù)制坯；(9)對上述鋼部件預(yù)制坯進行機械加工和表面處理，得到300M鋼部件。實施例2 (I)待加工鋼部件的幾何尺寸為Φ50πιπιΧ150πιπι，將300M鋼部件分割成厚度相同的板狀，幾何尺寸為Φ50ι πιΧ2πιπι;(2)采用機械加工的方法，在厚度為3mm的300M鋼板材上采用高壓水切割的方法切割出幾何尺寸為Φ50ι πιΧ2πιπι的板材；(3)將步驟(2)的板材放入鹽酸溶液中，進行表面酸洗，去除板材表面的污垢和氧化皮，鹽酸的濃度為I. I，摩爾/升，酸洗時間為5分鐘，酸洗溫度為55°C ；(4)采用鑄造的方法，用Q235鋼加工一個包套，包套的尺寸為Φ52·ι (內(nèi)徑) 60mm (外徑)X 150mm ;(5)將步驟(2)的板材根據(jù)鋼部件的形狀疊層到包套的內(nèi)腔中，將疊層有板材的包套進行封邊焊，對包套的內(nèi)腔進行真空除氣和封裝；(6)將真空封裝后的包套放入熱等靜壓爐中，實現(xiàn)板材之間的擴散連接，熱等靜壓的壓力為lOOMPa，溫度為1100°C，時間為2小時；(7)采用化學(xué)銑削方法，去除上述鋼部件的預(yù)制坯的低碳鋼包套，得到鋼部件的預(yù)制坯，其中化學(xué)銑削的酸洗液成份為鹽酸，鹽酸的濃度為8摩爾/升，酸洗時間為120分鐘，酸洗溫度為55°C ；(8)對上述鋼部件預(yù)制坯進行機械加工和表面處理，得到300M鋼部件。實施例3 (I)待加工鋼部件的幾何尺寸為Φ50πιπιΧ 150mm，將300M鋼部件分割成直徑相同的絲材，絲材直徑為(D2mm;(2)選取直徑為Φ2πιπι的300Μ鋼絲，長度為75米，將鋼絲放入鹽酸溶液中，進行表面酸洗，去除絲材表面的污垢和氧化皮，鹽酸的濃度為I摩爾/升，酸洗時間為5分鐘，酸洗溫度為55°C ；(3)采用機械加工的方法，用Q235鋼加工一個包套，包套的尺寸為Φ55πιπι(內(nèi)徑) 60mm (外徑)X 150mm ;(4)將步驟(2)的絲材根據(jù)鋼部件的形狀排列到包套的內(nèi)腔中，將排列有絲材的包套進行封邊焊，對包套的內(nèi)腔進行真空除氣和封裝；(5)將真空封裝后的包套放入熱等靜壓爐中，實現(xiàn)絲材之間的擴散連接，熱等靜壓的壓力為150MPa，溫度為1100°C，時間為2小時；(6)采用機械加工，去除上述鋼部件的預(yù)制坯的低碳鋼包套，得到鋼部件的預(yù)制 坯；(7)對上述鋼部件預(yù)制坯進行機械加工和表面處理，得到鋼部件。
權(quán)利要求
1.一種不規(guī)則形狀的鋼部件的成形方法，其特征在于該成形方法包括以下步驟 (1)根據(jù)待加工鋼部件的幾何尺寸，將鋼部件分割成多個尺寸相同的塊狀； (2)采用機械加工或鑄造的方法，將鋼材加工成長方體狀原始坯料； (3)對上述長方體狀坯料進行鍛造，鍛造工藝參數(shù)為變形溫度860°C 1000°C，變形速率O. 02 O. I毫米/秒，變形量為50% 60%，對鍛造得到的坯料采用高壓水切割、線切割或機械加工的方法，加工成與步驟(I)塊狀尺寸和形狀相適應(yīng)的塊材； (4)將步驟(3)的塊材放入酸洗液中，進行表面酸洗，去除塊材表面的污垢和氧化皮，酸洗液為鹽酸，鹽酸的摩爾濃度為I I. 2摩爾/升； (5)采用鑄造或機械加工的方法，用低碳鋼加工一個包套，包套內(nèi)部的空腔與待成形鋼部件的整體外形相適應(yīng)； (6)將步驟(4)的塊材根據(jù)鋼部件的形狀排列到包套的內(nèi)腔中，將排列有塊材的包套進行封邊焊，對包套的內(nèi)腔進行真空除氣和封裝； (7)將真空封裝后的包套放入熱等靜壓爐中，實現(xiàn)塊材之間的擴散連接，熱等靜壓的壓力為50MPa 200MPa，溫度為900°C 1100°C，時間為2 4小時； (8)采用機械加工或化學(xué)銑削方法，去除待成形鋼部件的低碳鋼包套，得到鋼部件的預(yù)制坯，其中化學(xué)銑削的酸洗液為鹽酸，鹽酸的摩爾濃度為5 8摩爾/升； (9)對上述鋼部件預(yù)制坯進行機械加工和表面處理，得到鋼部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不規(guī)則形狀鋼部件的成形方法，屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域。采用鑄造的方法，加工出坯料，然后采用熱機械加工的方法，分別將坯料加工成坯材，然后采用排布、疊層、堆垛的方法將坯材放入熱等靜壓包套中，經(jīng)過封邊焊、真空封裝后支撐預(yù)制坯，將預(yù)制坯放入到熱等靜壓爐中進行擴散連接，然后將包套去除，制備出不規(guī)則形狀的鋼部件。本發(fā)明方法可以用于制備各種合金成分、各種形狀的高性能結(jié)構(gòu)件，而且不需要大型的熱機械加工設(shè)備，具有效率高和成本低的優(yōu)點，適用于制備各種高強鋼結(jié)構(gòu)。
文檔編號B23P13/00GK102941435SQ201210451978
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者趙冰 申請人:趙冰