阅读说明：本技术 一种双相异构强化无焊缝箱体的制备方法 (Preparation method of dual-phase heterogeneous reinforced weldless box body ) 是由 肖礼容 刘亿 周浩 陈雪飞 魏康 高波 曹阳 聂金凤 李玉胜 于 2018-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明为一种双相异构强化无焊缝箱体的制造方法,包括：箱体冲压成型、去应力退火处理、往复液压变形装置的安装和往复液压变形四步工序,其特征在于：利用冲压成形技术,冲裁不锈钢板材,获得箱体零件的主体部分；退火去应力处理消除冲压成形后零件内残余的变形组织,变形应力得以回复；往复液压变形,在箱体受载荷区域应变诱导该部位奥氏体组织的马氏体转变,马氏体组织使得箱体强度得以增加,保留其他部位的奥氏体结构,使箱体同时具有良好的韧性。(The invention relates to a manufacturing method of a dual-phase isomerism reinforced weldless box body, which comprises the following steps: the four-step process of the installation of the box body punch forming, the stress relief annealing treatment and the reciprocating hydraulic deformation device is characterized in that: punching a stainless steel plate by using a stamping forming technology to obtain a main body part of the box part; annealing stress removal treatment is carried out to eliminate residual deformation tissues in the part after stamping forming, and the deformation stress can be recovered; the box body is subjected to reciprocating hydraulic deformation, the strain of a loaded area of the box body induces the martensite transformation of the austenite structure of the part, the martensite structure increases the strength of the box body, the austenite structures of other parts are reserved, and the box body has good toughness.)

一种双相异构强化无焊缝箱体的制备方法

技术领域

本发明涉及箱体零件制造领域，具体是一种双相异构强化无焊缝箱体的制备方法。

背景技术

箱体零件常用作液体或气体的储存容器，此类零件通常需要承受内部或外部的压力，对安全性和密闭性能有较高的要求。在容器运输和转移过程中，材料需要具有一定抵抗外部冲击或振动载荷的能力。此外，用以储存水或其他腐蚀性液体的箱体还需要具有优异的耐腐蚀性能。因此，目前应用最为广泛的制作箱体零件的材料是不锈钢。但是，传统不锈钢强度较低，为满足受力需求通常需要增加钢板厚度，导致箱体零件自重增加，对其安装和运输都带来不便。因此，对箱体零件的强化是目前的主要技术问题。

在现有技术中，王银雪在《金属加工(热加工)》(2012(02)：46-47)发表的“不锈钢箱体的设计与制造”一文中，通过添加并改进侧加强梁的方式，采用严格的满焊工艺从而获得了很好的箱体结构。该方法以焊接为连接方式，在箱体零件受力位置布置加强筋，操作简单，易于实现，并且具有较好的强化效果。但是，焊接结构不可避免在焊缝处形成热熔连接区，其缺点是韧性较低，且疲劳性能较差。此外，焊接易导致不锈钢的渗碳贫铬贫镍区的产生，导致焊道位置抗腐蚀性下降。以上所述致使焊缝部位成为水箱的薄弱环节。

发明内容

本发明针对上述技术问题，利用不锈钢中应变诱导马氏体相变的原理，提出了一种双相异构强化无焊缝箱体的制备方法。

实现本发明目的提供的技术方案如下：

一种双相异构强化无焊缝箱体的制备方法，包括以下步骤：

箱体冲压成形、去应力退火处理、往复液压变形装置的安装和往复液压变形四步工序，利用冲压成形，冲裁不锈钢板材，获得箱体零件的主体部分；去应力退火处理消除冲压成形后的零件内残余变形组织，回复变形内应力；在箱体受载荷区域应变诱导该部位奥氏体组织的马氏体转变，利用马氏体组织强化箱体强度，同时保留其他部位奥氏体结构。

该方法具体包括：

步骤1，箱体零件冲压成形，利用冲压成形设备冲裁不锈钢板材，获得箱体零件的主体部分；

步骤2，去应力退火处理，对冲压成形后零件进行退火去应力处理，消除冲压变形过程中引入的变形组织，并使变形应力回复；

步骤3，往复液压变形，将箱体零件置于往复液压变形模具内，开启液压泵，使得箱体内部产生合适的液压，随后开启上侧的局部应变装置推动压头对箱体施加变形量，完成箱体的第一次变形；压头在局部应变装置的作用下首先回复到原先的位置，液压泵开启并继续增压，使箱体恢复到原始的形状；

步骤4，重复步骤3，冲压成形的无焊缝箱体在局部区域发生多次应变和反向应变，多次往复应变使得无焊缝箱体的应变区域的组织形态由奥氏体转变为马氏体。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点：

1.本发明采用冲压成形的方法制备的无焊缝箱体，可以避免箱体在焊接成型过程中带来的焊接缺陷。

2.本发明采用往复应变的方法制备双相异构无焊缝箱体，可以设计不同模具以及改变往复应变次数来实现不同形状、不同性能要求的异构无焊缝箱体的制备。

3.本发明采用的往复应变方法灵活性强，操作简单，易于进行工业生产。

4.本发明所制备的双相异构强化无焊缝箱体在局部区域表现出更好的强度，在实际应用环境下能够承受更大的应力，能够满足实际的应用需求。

附图说明

图1为实施例冲压成形装置剖视图。

图2为实施例往复液压变形装置示意图。

图3为实施例中无焊缝箱体处于原始形态时的装置剖视图。

图4为实施例无焊缝箱体应变后的装置剖视图。

图5为无焊缝箱体往复应变示意图。

图6为往复液压变形前后的箱体双相区域示意图。

其中：冲压电机1、上模座2、凸模固定板3、凸模4、液压柱5、定位板6、固定螺栓7、凹模8、下模座9、液压机10、压头11、上模12、固定块13、液压管14、原始状态箱体15-1、变形状态箱体15-2、下模16、顶块17、螺栓18、液压泵19。

具体实施方式

参照各附图，下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的装置包括：冲压成形装置(冲压电机、上模座、凸模固定板、凸模、液压柱、定位板、固定螺栓、凹模、下模座等)、往复液压变形装置(液压机、固定块、上模、下模、顶块、压头以及液压泵等)。

本发明以冲压成形的无焊缝箱体为例，给出详细的实施方式和具体操作，以下实施例涉及四步工序包括：箱体冲压成形、退火去应力处理、往复液压变形装置的安装和往复液压变形，其中：

步骤一：箱体零件冲压成形。利用冲压成形设备，设置冲压力为20～300t，热冲压温度为250～600℃，根据板材的厚度及力学特性以合适的参数冲裁不锈钢板材，获得无焊缝箱体零件的主体部分。

步骤二：去应力退火处理。对冲压成形后的箱体零件进行去应力退火处理，消除冲压变形过程中引入的变形组织，并使变形应力回复，所述的退火温度200～500℃，退火时间为0.5～10小时。

步骤三：往复液压变形装置的安装，将原始状态的箱体15-1放入由上模12和下模16组成的模具型腔内；在模具型腔右侧放入顶块17顶住箱体，并用螺栓18拧入固定块13，使得上模12和下模16稳定结合；将液压管14和液压泵19连接在一起并插入模具型腔内；将压头11与液压机10连接并放入上模12的开口区域。

步骤四：往复液压变形。将箱体零件置于往复液压变形模具内，开启液压泵，使得箱体内部产生合适的液压，约为150MPa，随后压头11在液压机10作用下，施加一定的应变，使其下压一定的行程，应变区域积累一定量的变形，完成箱体的第一次变形；施加反向应变过程，压头11在液压机10作用下回复到原先的位置，同时液压泵增加箱体的液压，约为300MPa。在液压的作用下，施加反向应变，变形箱体15-2的应变区域发生均匀的反向应变，箱体的应变区域发生了第二次变形，使得箱体的形状恢复到未变形状态。

步骤五：重复第四步，冲压成型的无焊缝箱体在局部区域发生多次应变和反向应变，多次应变使得无焊缝箱体的应变区域的组织形态由奥氏体转变为马氏体。马氏体组织的产生使得箱体的强度逐渐增大，而保留的奥氏体结构使得箱体具有良好的塑性。

测试结果表明，未应变区域仍保持着原始的奥氏体组织，其平均硬度为187.9HV，而应变区域由于应变诱导马氏体相变使得该区域的奥氏体转变为马氏体，其平均硬度为460.9HV。由于奥氏体钢具有良好的塑性和韧性，而马氏体钢具有较高的抗拉强度，但是塑性较差。应变使得奥氏体不锈钢发生相变，获得的组织中具有部分奥氏体组织和部分马氏体的材料为一种异构不锈钢，在异构不锈钢的变形期间，奥氏体和马氏体变形的差异会产生机械不相容性。奥氏体组织的塑性应变梯度需要位错来适应，这使得奥氏体相显得更强，从而导致协调强化，提高材料的屈服强度。因此箱体兼有了奥氏体的塑性和马氏体的强度。